KR100486811B1 - A process for preparing cellulose fiber by using a highly homogeneous cellulose solution - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저온에서도 균질한 셀룰로오스 용액으로부터 제조한 셀룰로오스 섬유의 제조방법에 관한 것으로, 액상 농축 N-메틸모폴린 N-옥사이드(NMMO)에 셀룰로오스 분말을 소량 용해시킨 다음, 상기 용액과 셀룰로오스 분말을 압출기로 공급하여 압출기 내에서 혼합, 팽윤 및 용해 시켜 저온에서 균질한 셀룰로오스 용액제조한 후, 이를 방사노즐을 통해 압출 방사한 후, 공기층을 통과하여 응고욕에 도달한 후 이를 응고, 수세, 건조 및 유제 처리하여 권취하는 단계를 포함하는 셀룰로오스 섬유의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a cellulose fiber prepared from a homogeneous cellulose solution even at low temperature. After dissolving a small amount of cellulose powder in a liquid concentrated N-methylmorpholine N-oxide (NMMO), the solution and cellulose powder are extruded. The cellulose solution was mixed, swelled, and dissolved in an extruder to produce a homogeneous cellulose solution at low temperature, which was then extruded through a spinning nozzle, and passed through an air layer to reach a coagulation bath, and then coagulated, washed, dried and emulsioned. It relates to a method for producing a cellulose fiber comprising the step of winding by treatment.

이는 액상 농축NMMO에 소량의 펄프를 용해시켜 NMMO의 융점을 낮아지게하는 효과로 인하여, 비교적 낮은 온도에서 NMMO 용액을 압출기에 공급할 수 있다. 상기 설명한 이유로 인하여 넓은 공정 온도범위가 가능할 뿐만 아니라 또한 낮은 온도에서 셀룰로오스 분말과 NMMO 용액을 원활히 팽윤시킬 수 있어 고온의 NMMO에의한 순간적인 용해로 셀룰로오스 분말 표면에 피막이 생성되는 것을 방지할 수 있어 최종적으로는 저온에서도 균질한 셀룰로오스 용액을 제조할 수 있으며, 또한 압출기내에서 고온의 팽윤 용해과정에서 발생되는 셀룰로오스 분해를 억제시켜 유연성과 강도가 우수한 셀룰로오스 섬유를 제공할 수 있다.This can supply the NMMO solution to the extruder at a relatively low temperature due to the effect of dissolving a small amount of pulp in the liquid concentrated NMMO to lower the melting point of the NMMO. Due to the above-described reasons, not only a wide process temperature range is possible, but also swelling of cellulose powder and NMMO solution at low temperature can be prevented from forming film on the surface of cellulose powder by instant dissolution by high temperature NMMO. It is possible to produce a homogeneous cellulose solution even at a low temperature, and also to suppress cellulose decomposition generated during the high temperature swelling dissolution process in the extruder, thereby providing a cellulose fiber having excellent flexibility and strength.

Description

고균질 셀룰로오스 용액으로부터 제조한 셀룰로오스 섬유의 제조방법{A process for preparing cellulose fiber by using a highly homogeneous cellulose solution} A process for preparing cellulose fiber by using a highly homogeneous cellulose solution

본 발명은 저온에서도 균질한 셀룰로오스 용액으로부터 제조한 셀룰로오스 섬유의 제조방법에 관한 것으로, 액상 농축 N-메틸모폴린 N-옥사이드(NMMO)에 셀룰로오스 분말을 소량 용해시킨 다음, 상기 용액과 셀룰로오스 분말을 압출기로 공급하여 압출기 내에서 혼합, 팽윤 및 용해 시켜 저온에서 균질한 셀룰로오스 용액제조한 후, 이를 방사노즐을 통해 압출 방사한 후, 공기층을 통과하여 응고욕에 도달한 후 이를 응고, 수세, 건조 및 유제 처리하여 권취하는 단계를 포함하는 셀룰로오스 섬유의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a cellulose fiber prepared from a homogeneous cellulose solution even at low temperature. After dissolving a small amount of cellulose powder in a liquid concentrated N-methylmorpholine N-oxide (NMMO), the solution and cellulose powder are extruded. The cellulose solution was mixed, swelled, and dissolved in an extruder to produce a homogeneous cellulose solution at low temperature, which was then extruded through a spinning nozzle, and passed through an air layer to reach a coagulation bath, and then coagulated, washed, dried and emulsioned. It relates to a method for producing a cellulose fiber comprising the step of winding by treatment.

셀룰로오스는 다른 물질과의 친화력이 매우 높으나 분자 사슬 또는 사슬내의 강한 수소결합으로 만들어지는 결정구조로 인하여 일반적인 용제로 용해가 어려우며 이 구조를 파괴하여 용액을 제조할 수 있는 용제 가운데 널리 사용되고 있는 것 은 NMMO이다.Cellulose has a very high affinity with other materials, but due to the crystal structure made of strong hydrogen bonds in molecular chains or chains, it is difficult to dissolve as a general solvent and is widely used among solvents that can break down this structure to prepare a solution. to be.

NMMO 용매를 이용한 셀룰로오스 섬유의 제조공정은 용매의 회수율이 99%이상으로 다른 습식방사에 비해 매우 높고 극소량의 저농도 NMMO가 공정 중 에서 외부로 배출 되긴 하나 NMMO 자체의 독성이 낮아 환경 친화적인 무공해 공정이라는 점과 제조된 섬유와 필름이 높은 기계적 강도를 가짐으로 셀룰로오스를 소재로 한 제품 제조공정에 많이 이용되고 있는 바, 이와 같은 방법들은 미국특허 제 3,447,935 호를 시작으로 하여 많은 방법이 제안된 바 있다.The manufacturing process of cellulose fiber using NMMO solvent is more than 99% of solvent recovery rate, which is very high compared to other wet spinning and very low concentration of NMMO is discharged from the process. Because of the high mechanical strength of the dots and the fabrics and films produced, many methods have been proposed, such as starting with U.S. Patent No. 3,447,935.

미국특허 제 4,142,913 호, 제 4,144,080 호, 제 4,196,282 호 및 제 4,246,221 호에서는 50% 이하의 수분을 함유한 NMMO 수용액에 셀룰로오스를 팽윤시키고 팽윤된 셀룰로오스를 포함하고 있는 NMMO 수용액으로부터 물을 감압증류하여 방사원액을 제조한 후에 압출하여 섬유를 만드는 방법을 제안하였다.US Patent Nos. 4,142,913, 4,144,080, 4,196,282 and 4,246,221 swell cellulose in an aqueous NMMO solution containing up to 50% water, and distill the water under reduced pressure from an aqueous NMMO solution containing swelled cellulose. After preparing the extrusion method was proposed to make a fiber.

이 방법들은 용해부터 방사까지 장시간이 소요되므로 열분해에 의한 물성저하가 초래될 수 있다.Since these methods take a long time from dissolution to spinning, physical properties may be degraded by pyrolysis.

또한 사용되는 에너지의 소비량이 많아서 제조원가를 상승시키는 요인이 되었다.In addition, the amount of energy used is high, which contributes to an increase in manufacturing cost.

PCT 국제공개 WO 94/06530호에서는 박막증류장치로 수분을 제거하여 셀룰로오스용액을 제조하는 방법을 제안하고 있는 바, 이 방법은 장치가 복잡하고 고점도의 셀룰로오스 용액을 제조하기에는 생산효율이 낮다는 단점이 있다.PCT International Publication No. WO 94/06530 proposes a method for producing a cellulose solution by removing water with a thin film distillation apparatus. This method has a disadvantage in that the apparatus is complicated and the production efficiency is low to prepare a high viscosity cellulose solution. have.

또 미국특허 제 4,221,574 호는 5 내지 15중량%의 수분을 함유한 액상의 3급 아민옥사이드를 용매로 사용하여 셀룰로오스 시트를 65 내지 95℃에서 팽윤시키고 이를 바로 교반 가열하여 방사하는 방법을 제안하였다.In addition, US Patent No. 4,221,574 proposed a method of swelling the cellulose sheet at 65 to 95 ℃ by using a liquid tertiary amine oxide containing 5 to 15% by weight of water as a solvent and immediately stirring and spinning it.

이 방법은 펄프 시트 표면에 형성된 피막 때문에 균질한 셀룰로오스 용액을 얻을 수 없었다.This method was unable to obtain a homogeneous cellulose solution because of the film formed on the pulp sheet surface.

또 미국특허 제 4,416,698 호는 액상이 아닌 고상의 NMMO와 셀룰로오스 펄프를 압출장치에서 교반하여 방사하는 방법을 제안하고 있는바, 이 방법은 두가지 혼합분말을 다량으로 사용하므로 용액에 미용해분이 많아져서 대량 생산에 큰 문제를 가지고 있다.In addition, U.S. Patent No. 4,416,698 proposes a method of spinning solid NMMO and cellulose pulp rather than liquid phase by stirring in an extruder. This method uses a large amount of two mixed powders, resulting in a large amount of undissolved powder in the solution. It has a big problem in production.

또한 PCT 국제공개 WO 제 1997/47790호에서는 셀룰로오스 펄프 시트 대신에 피브릴형 셀룰로오스 분말과 온도가 50 ∼ 130℃이고 수분함량이 5 내지 20중량%인 고농도 NMMO 수용액을 트윈스크류 압출기에서 혼합 용해하여 방사하는 방법을 제시하고 있다.In addition, PCT International Publication No. WO 1997/47790 discloses, instead of cellulose pulp sheets, fibrillated cellulose powder and a highly concentrated NMMO aqueous solution having a temperature of 50 to 130 ° C. and a water content of 5 to 20% by weight in a twin screw extruder. How to do it.

이 방법은 방사 시에 미용해분과 불순물 제거를 위한 필터의 교체횟수를 증가시킴으로써 원가를 상승시키는 단점이 있을 뿐만 아니라 용액속에 남아 있는 다량의 미용해분으로 인하여 균질한 셀룰로오스 용액을 제조할 수 없으므로 섬유의 물성이 저하되는 문제점이 있었다.This method not only increases the cost by increasing the number of replacement of the filter for removal of impurities and impurities during spinning, but also makes it impossible to produce a homogeneous cellulose solution due to the large amount of solution that remains in the solution. There was a problem that the physical properties of the.

그리고 셀룰로오스 용액의 제조방법을 제시하고 있는 미국특허 제 4,416,698 호 및 PCT 국제공개 WO 1997/47790 호에는 압출기 내에서 혼합, 팽윤, 용해과정을 거쳐 셀룰로오스 용액을 제조하는 방법을 제시하였으나, 이 방법들은 셀룰로오스를 충분히 용해시킬 수 없는 단점을 가지고 있었다.In addition, US Patent No. 4,416,698 and PCT International Publication No. WO 1997/47790, which present a method for preparing a cellulose solution, disclose a method for preparing a cellulose solution by mixing, swelling, and dissolving in an extruder. It had a disadvantage that it could not be sufficiently dissolved.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점 및 단점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 액상 농축 N-메틸모폴린 N-옥사이드(NMMO)에 0.01 내지 3중량%의 셀룰로오스 분말을 먼저 소량 용해시켜 NMMO용액을 제조함으로써, 액상 농축NMMO에 소량의 펄프를 용해시켜 NMMO의 융점을 낮아지는 효과로 인하여, 비교적 낮은 온도에서 NMMO 용액을 압출기에 공급할 수 있어, 넓은 공정 온도범위가 가능할 뿐만 아니라 낮은 온도에서 셀룰로오스 분말과 NMMO 용액을 원활히 팽윤시킬 수 있어 셀룰로오스 분말 표면에 피막이 생성되는 것을 방지할 수 있어 최종적으로는 저온에서도 균질한 셀룰로오스 용액을 제조할 수 있다.The present invention has been made in order to solve the problems and disadvantages described above, by first dissolving a small amount of 0.01 to 3% by weight of cellulose powder in a liquid concentrated N-methylmorpholine N-oxide (NMMO) to prepare an NMMO solution Due to the effect of dissolving a small amount of pulp in liquid concentrated NMMO to lower the melting point of NMMO, NMMO solution can be supplied to the extruder at a relatively low temperature, allowing a wide process temperature range, as well as cellulose powder and NMMO solution at low temperatures. It is possible to smoothly swell to prevent the formation of a film on the surface of the cellulose powder, and finally to produce a homogeneous cellulose solution even at low temperatures.

또한, 본 발명은 상기 저온에서 제조된 균질한 셀룰로오스 용액을 사용함으로써, 압출기내에서 고온 팽윤 용해과정에서의 셀룰로오스와 NMMO의 분해 발생을 억제시켜 유연성과 강도가 우수한 셀룰로오스 섬유를 제공할 수 있다. In addition, the present invention by using the homogeneous cellulose solution prepared at a low temperature, it is possible to provide a cellulose fiber excellent in flexibility and strength by suppressing the decomposition of cellulose and NMMO during the high temperature swelling dissolution process in the extruder.

이에 따른 본 발명은, Accordingly, the present invention,

(A) 액상 농축 N-메틸모폴린 N-옥사이드(NMMO)에 0.01 내지 3중량%의 셀룰로오스 분말을 소량 용해시켜 셀룰로오스가 용해된 NMMO용액 제조하는 단계;(A) dissolving a small amount of 0.01 to 3% by weight of cellulose powder in liquid-concentrated N-methylmorpholine N-oxide (NMMO) to prepare an NMMO solution in which cellulose is dissolved;

(B) 상기 NMMO용액과 셀룰로오스 분말을 압출기로 공급하여 압출기 내에서 분산, 혼합, 전단, 니딩(kneading), 용해 및 계량성능을 부여하도록 스크루가 배열된 압출기를 통해 팽윤화 및 균질화된 셀룰로오스용액으로 제조되는 단계;(B) swelling and homogenizing cellulose solution through an extruder in which the screw is arranged to supply the NMMO solution and cellulose powder to an extruder to impart dispersion, mixing, shearing, kneading, dissolving and metering performance in the extruder. Manufacturing step;

(C) 상기 셀룰로오스 용액을 방사노즐을 통해 압출 방사한 후, 공기층을 통과하여 응고욕에 도달한 후 이를 응고시켜 멀티필라멘트를 얻는 단계;(C) extruding the cellulose solution through a spinning nozzle, and then passing through an air layer to reach a coagulation bath to solidify it to obtain a multifilament;

(D) 상기 수득된 멀티필라멘트를 수세, 건조 및 유제 처리하여 권취하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.(D) characterized in that it comprises the step of winding the obtained multifilament by washing with water, drying and emulsion treatment.

또한, 상기 (B) 단계에서 별도의 물 증발장치가 부착되지 않고 연속적으로 셀룰로오스 용액이 제조되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the cellulose solution is continuously prepared without attaching a separate water evaporator in step (B).

또한, 상기 (A) 또는 (B)단계에서 투여되는 셀룰로오스 분말의 겉보기 직경은 500㎛이하인 것이 바람직하다.In addition, the apparent diameter of the cellulose powder administered in the step (A) or (B) is preferably 500 μm or less.

또한, 상기 (B) 단계의 압출기내에서 혼합, 팽윤 및 용해시킨 다음, 최종 셀룰로오스 용액은 전체 중량대비 셀룰로오스의 함량이 3 내지 20 중량%의 농도인 것이 바람직하다.In addition, after mixing, swelling and dissolving in the extruder of the step (B), the final cellulose solution is preferably a concentration of 3 to 20% by weight of cellulose relative to the total weight.

또한, 상기 (A)단계에서 NMMO용액은 전체중량 대비 수분 함량이 10내지 15 중량% 인 것이 바람직하다.In addition, the NMMO solution in the step (A) is preferably 10 to 15% by weight of the water content relative to the total weight.

또한, 상기 (B) 단계에서 셀룰로오스가 소량 용해된 액상 NMMO가 40℃ 내지 90℃의 온도로 유지되어 공급되는 것이 바람직하다.In addition, the liquid NMMO in which a small amount of cellulose is dissolved in step (B) is preferably maintained at a temperature of 40 ℃ to 90 ℃ supplied.

또한, 상기 (B) 단계에서 NMMO용액과 셀룰로오스 분말을 팽윤화 및 균질화 용액으로 제조하기 위해 사용되는 압출기는 쌍축압출기를 사용하고 3개 내지 16개의 바렐 또는 screw의 L/D가 12 내지 64의 범위인 것이 바람직하다.In addition, the extruder used to prepare the NMMO solution and the cellulose powder in the swelling and homogenizing solution in the step (B) using a twin screw extruder and the L / D of 3 to 16 barrels or screws in the range of 12 to 64 Is preferably.

또한, 쌍축 압출기는 30℃ 내지 110℃ 온도로 유지되어 실행되는 것이 바람직하다.In addition, the twin screw extruder is preferably maintained at a temperature of 30 ℃ to 110 ℃.

또한, 쌍축 압출기의 screw회전속도는 100rpm 내지 1,200rpm으로 실행하는 것이 바람직하다.In addition, the screw rotational speed of the twin screw extruder is preferably performed at 100rpm to 1,200rpm.

또한, 상기 (A) 또는 (B) 단계의 셀룰로오스 분말은 다른 고분자물질과의 혼합하여 사용할 수 있다.In addition, the cellulose powder of the step (A) or (B) can be used by mixing with other polymer materials.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명을 구체적으로 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명의 실시예로서 저온에서 균질한 셀룰로오스 용액을 제조하는 공정순서를 개략적으로 도시한 것이다.Figure 1 schematically shows the process sequence for producing a homogeneous cellulose solution at low temperature as an embodiment of the present invention.

도 1에서 사용된 셀룰로오스 분말(2a, 2b)은 나이프바 부착된 분쇄기를 사용하여 입경이 500㎛ 이하가 되게 하였으며, 바람직하게는 300㎛ 이하의 것이 좋다.The cellulose powders 2a and 2b used in FIG. 1 have a particle diameter of 500 μm or less using a grinder with a knife bar, and preferably 300 μm or less.

분말의 크기가 500 ㎛를 초과하면 니더 또는 압출기(4) 내에서 일정하게 분산 및 팽윤이 되지 않는다.If the size of the powder exceeds 500 μm, there is no uniform dispersion and swelling in the kneader or the extruder 4.

농축 액상NMMO(1)에 가능한 한 500㎛ 이하로 만들어진 소량의 셀룰로오스 분말(2a)를 먼저 용해시킨다. A small amount of cellulose powder (2a) made to 500 µm or less as possible in the concentrated liquid NMMO (1) is first dissolved.

농축 액상NMMO(1)에 대한 셀룰로오스 분말(2a)의 함량은 0.01 내지 5중량%가 되게 하고, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 3중량%가 되게 한다.The content of the cellulose powder (2a) to the concentrated liquid NMMO (1) is to be 0.01 to 5% by weight, more preferably 0.1 to 3% by weight.

또한, 산화방지제의 농도도 최종 셀룰로오스에 대해 0.005~0.5중량 %가 되게 펄프와 함께 녹인다. In addition, the concentration of the antioxidant is also dissolved with the pulp to be 0.005 to 0.5% by weight relative to the final cellulose.

이때 셀룰로오스 분말(2a)의 함량이 0.01중량% 미만일 경우에는 팽윤성 및 NMMO의 융점을 낮추는데 기여하지 못하고, 5중량%를 초과할 경우에는 NMMO용액(3)의 점도가 상승하여 압출기(4)에 공급하는데 문제점이 발생한다.At this time, when the content of the cellulose powder (2a) is less than 0.01% by weight, it does not contribute to lowering the swelling property and the melting point of the NMMO, and when it exceeds 5% by weight, the viscosity of the NMMO solution (3) rises and is supplied to the extruder (4). Problem occurs.

한편 본 발명에서는 농도가 10~50중량%인 NMMO 용액을 통상의 방법으로 농축시켜 수분함량이 10 내지 15중량%인 농축 액상 NMMO(1)가 되게 한다. 이는 수분 함량을 10% 미만으로 농축하는데 비용이 증가하여 경제성 면에서 불리하고, 수분함량이 15% 초과하면 용해성이 떨어진다. On the other hand, in the present invention, the concentration of 10 to 50% by weight of the NMMO solution is concentrated in a conventional manner to have a concentrated liquid NMMO (1) having a water content of 10 to 15% by weight. This increases the cost of concentrating the water content to less than 10%, which is disadvantageous in terms of economics, and when the water content exceeds 15%, it is insoluble.

셀룰로오스 분말(2a)이 소량 용해된 NMMO 용액(3)과 셀룰로오스 분말(2b)을 65 내지 105℃로 유지된 압출기(4)에 연속적으로 공급하여 압출기(4) 내에서 혼합, 팽윤 및 용해 시켜 균질한 셀룰로오스 용액을 제조한다. NMMO solution (3) in which small amounts of cellulose powder (2a) and cellulose powder (2b) were continuously supplied to an extruder (4) maintained at 65 to 105 ° C, mixed, swelled and dissolved in the extruder (4). One cellulose solution is prepared.

상기 셀룰로오스 분말(2a)이 소량 용해된 NMMO 용액(3)은 기어펌프 또는 스크루식 공급기로 압출기(4)에 공급될 수 있으며, 또한 셀룰로오스 분말(2b)은 스크류식 공급기로 압출기(4)에 주입하는 것이 바람직하다. The NMMO solution 3 in which a small amount of the cellulose powder 2a is dissolved may be supplied to the extruder 4 by a gear pump or a screw feeder, and the cellulose powder 2b is injected into the extruder 4 by a screw feeder. It is desirable to.

상기 압출기(4) 내에서 혼합, 팽윤 및 용해된 셀룰로오스 용액 중 셀룰로오스 분말(2a)의 함량은 셀룰로오스 중합체의 중합도에 따라 농도를 액상 NMMO(1)에 대하여 3 내지 20중량%, 더욱 바람직하게는 7 내지 14중량%가 되게 한다.The content of the cellulose powder (2a) in the mixed, swelled and dissolved cellulose solution in the extruder (4) is 3 to 20% by weight relative to the liquid NMMO (1), more preferably 7 depending on the degree of polymerization of the cellulose polymer. To 14% by weight.

이때, 셀룰로오스 분말(2a) 함량이 3중량% 미만일 경우는 섬유로서의 물성을 가지지 못하며, 20중량%를 초과하면 액상 NMMO(1)으로 용해시키기 어려워서 균질한 용액을 얻을 수 없게 된다.At this time, when the cellulose powder (2a) content is less than 3% by weight does not have physical properties as a fiber, when it exceeds 20% by weight it is difficult to dissolve in the liquid NMMO (1) to obtain a homogeneous solution.

또한 본 발명에서는 상기 (B) 단계에서 분말 셀룰로오스와 고체상 NMMO가 투여되어 팽윤화 및 균질화된 셀룰로오스 용액으로 제조하기 위해 사용되는 압출기(4)는 쌍축 압출기가 바람직하며, 상기 쌍축 압출기는 3개 내지 16개의 바렐 또는 스크루의 L/D가 12 내지 64의 범위인 것이 바람직하다. 바렐이 3개 미만이거나 또는 스크루의 L/D가 12 미만이면 셀룰로오스 용액이 바렐을 통과하는 시간이 적어 미용해분이 발생하고 바렐이 16개 초과하거나 또는 스크루의 L/D가 64를 초과하면 스크루에 지나친 응력이 작용하여 스크루가 변형된다. In the present invention, the extruder (4) used in the step (B) is used to prepare a swelling and homogenized cellulose solution by administering the powdered cellulose and solid NMMO in step (B) is preferably a twin screw extruder, the twin screw extruder 3 to 16 It is preferable that the L / D of the dog barrel or screw is in the range of 12 to 64. If there are less than 3 barrels or less than 12 L / D of the screw, the cellulose solution has less time to pass through the barrel, resulting in undissolved dissolution and more than 16 barrels or more than 64 L / D of the screw. Excessive stress acts and the screw deforms.

또한 본 발명에서는 상기 (A) 또는 (B)단계의 셀룰로오스 분말(2a, 2b)은 다른 고분자물질 또는 첨가제를 혼합하여 사용할 수 있다. 고분자물질로는 폴리비닐알콜, 카르복실메틸셀룰로오스, 폴리에틸렌글리콜 등이 있으며, 첨가제로서는 점도강화제, 이산화티탄, 이산화실리카, 카본, 염화암모늄 등이 있다.In addition, in the present invention, the cellulose powder (2a, 2b) of the step (A) or (B) may be used by mixing other polymer materials or additives. Polymeric materials include polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, polyethylene glycol, and the like, and additives include viscosity enhancers, titanium dioxide, silica dioxide, carbon, and ammonium chloride.

도 2는 셀룰로오스 농도에 따른 NMMO의 고화온도 변화 추이도로, 셀룰로오스가 소량(약 0.01~5%)만 용해되어도 NMMO의 고화온도가 75℃에서 40℃로 급격히 감소됨을 보여준다.2 shows the change in the solidification temperature of NMMO according to the concentration of cellulose, and shows that the solidification temperature of NMMO is rapidly decreased from 75 ° C. to 40 ° C. even when only a small amount of cellulose is dissolved (about 0.01 to 5%).

본 발명에서는 액상 NMMO(1)에 소량의 펄프를 용해시켜 액상 NMMO(1)의 융점을 낮아지는 효과로 인하여, 비교적 낮은 온도에서 NMMO 용액(3)을 압출기(4)에 공급할 수 있다. 이로 인하여 넓은 공정 온도범위가 가능할 뿐만 아니라 또한 낮은 온도에서 셀룰로오스 분말(2b)과 NMMO 용액(3)을 원활히 팽윤시킬 수 있어 셀룰로오스 분말(2b) 표면에 피막이 생성되는 것을 방지할 수 있어 최종적으로는 저온에서도 균질한 셀룰로오스 용액을 제조할 수 있다. In the present invention, due to the effect of dissolving a small amount of pulp in the liquid NMMO (1) to lower the melting point of the liquid NMMO (1), it is possible to supply the NMMO solution (3) to the extruder (4) at a relatively low temperature. This enables not only a wide process temperature range but also a smooth swelling of the cellulose powder (2b) and the NMMO solution (3) at low temperatures, which can prevent the formation of a film on the surface of the cellulose powder (2b), resulting in low temperature. Even homogeneous cellulose solution can be prepared.

이하 본 발명은 실시예에 의해 보다 구체적으로 설명되어지나 하기 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 실시예에서는 다음과 같은 평가방법 및 측정방법이 활용되어졌다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited by the following Examples. In the Examples, the following evaluation methods and measuring methods were utilized.

(a) 셀룰로오스 용액의 균질성(a) Homogeneity of cellulose solution

본 발명에서 제조된 셀룰로오스 분말의 용해성 평가는 압출기 출에 샘플 출구를 만들고 셀룰로오스 분말을 모노하이드레이트 NMMO(1수화물 NMMO)에 대하여 일정조건으로 용해시켰을 때 용해되지 않은 입자를 편광현미경으로 평가하였으며, 샘플이 놓여진 슬라이드 글래스(Slide Glass) 5×5㎟ 면적내의 미용해분 개수를 계산하였다.The solubility evaluation of the cellulose powder prepared in the present invention evaluated the undissolved particles by polarizing microscope when the sample outlet was made in the extruder and the cellulose powder was dissolved in a certain condition against monohydrate NMMO (monohydrate NMMO). The number of undissolved fractions in the slide glass 5 × 5 mm 2 area was calculated.

(b) 중량 평균 중합도(DPw)(b) weight average degree of polymerization (DPw)

용해한 셀룰로오스의 고유점도[IV]는 우베로드점도계를 이용하여 ASTM D539-51T에 따라 만들어진 0.5M 큐프리에틸렌디아민 히드록사이드용액으로 25±0.01℃에서 0.1 내지 0.6 g/dl의 농도범위에서 측정하였다.The intrinsic viscosity [IV] of the dissolved cellulose was measured in a concentration range of 0.1 to 0.6 g / dl at 25 ± 0.01 ° C. with 0.5M cupriethylenediamine hydroxide solution made according to ASTM D539-51T using a Uberod viscometer. .

고유점도는 비점도를 농도에 따라 외삽 하여 구하며 이를 마크-호우윙크의 식에 대힙하여 중합도를 구한다.The intrinsic viscosity is obtained by extrapolating the specific viscosity according to the concentration and obtaining the degree of polymerization by confronting it with the formula of Mark-Houwink.

[IV] = 0.98×10-2DPw 0.9 [IV] = 0.98 × 10 -2 DP w 0.9

(c) 본 발명에서 제조된 셀룰로오즈 섬유의 물성은 다음과 같이 측정되었다.(c) The physical properties of the cellulose fibers produced in the present invention were measured as follows.

건조강도 : 107℃, 2시간 건조후의 강도(g/d)Drying strength: 107 ℃, strength after 2 hours drying (g / d)

습윤강도 : 25℃, 65RH에서 24시간 방치하여 컨디셔닝 한 후에 측정한 강도(g/d)Wet strength: strength measured after conditioning at 25 ℃ for 65 hours at 65RH (g / d)

실시예 1Example 1

중량 평균 중합도가 1000인 셀룰로오스 시트를 100메쉬 필터가 장착된 분쇄기에 넣어 직경이 500㎛이하인 셀룰로오스 분말을 제조하고, 상기 셀룰로오스 분말을 NMMO에 용해시켰다. 이때 상기 NMMO용액 중 셀룰로오스의 함량은 1중량%산화방지제는 최종 셀룰로오스에 대해 0.070중량%가 되도록 용해하였다.A cellulose sheet having a weight average degree of polymerization of 1000 was placed in a grinder equipped with a 100 mesh filter to prepare a cellulose powder having a diameter of 500 µm or less, and the cellulose powder was dissolved in NMMO. At this time, the content of cellulose in the NMMO solution was dissolved so that the 1% by weight antioxidant was 0.070% by weight relative to the final cellulose.

상기 셀룰로오스가 1중량% 용해된 NMMO 용액을 주입온도 68℃로 내부가 78℃로 유지된 압출기(4)에 기어펌프로 6900g/시간 속도로 주입하며 셀룰로오스 분말은 스크류식 공급기로 784g/시간으로 압출기 주입하여 압출기 팽윤구역에서 체류시간은 0.8분 으로 하고 온도는 60~80℃로 상승하게 하여 셀룰로오스 분말을 NMMO 용액에 충분히 팽윤시킨 다음, 압출기의 용해구역에서 각 블록온도를 90 내지 95℃로 유지하고, 스크류를 200rpm으로 작동시켜 완전히 용해시킨 후에 노즐을 통해 배출하였다.The NMMO solution containing 1% by weight of cellulose was injected into the extruder (4) at an injection temperature of 68 ° C. and maintained at 78 ° C. at a speed of 6900 g / hour using a gear pump, and the cellulose powder was extruder at a screw feeder of 784 g / hour. After the injection, the residence time in the extruder swelling zone was 0.8 minutes and the temperature was raised to 60-80 ° C. to sufficiently swell the cellulose powder in the NMMO solution. Then, each block temperature was maintained at 90-95 ° C. in the melting zone of the extruder. The screw was operated at 200 rpm to completely dissolve and then discharged through the nozzle.

배출된 용액의 농도는 11.1중량%였으며, 미용해된 셀룰로오스입자가 함유되지 않은 균질한 상태였고 셀룰로오스 중합도는 915이었다.The discharged solution had a concentration of 11.1 wt%, a homogeneous state free of undissolved cellulose particles, and a degree of cellulose polymerization of 915.

실시예 2Example 2

중량 평균 중합도가 1200인 셀룰로오스 시트를 100메쉬 필터가 장착된 분쇄기에 넣어 직경이 500㎛이하인 셀룰로오스 분말을 제조하고, 상기 셀룰로오스 분말을 NMMO에 용해시켰다. 이때 상기 NMMO용액 중 셀룰로오스의 함량은 2중량%가 되도록 산화 방지제는 0.08%가 되도록 용해하였다. 상기 셀룰로오스가 2중량% 용해된 NMMO 용액을 내부가 78℃로 유지된 압출기에 기어펌프로 6900g/시간 속도로 주입온도 59℃ 주입하며 셀룰로오스 분말은 스크류식 공급기로 676g/시간으로 압출기 주입하여 압출기 팽윤구역에서 체류시간은 1.1분, 상승온도구간은 40~70℃으로 하여 셀룰로오스 분말을 NMMO 용액에 충분히 팽윤시킨 다음, 압출기내의 용해구역에서 각 블록온도를 90 내지 95℃로 유지하고, 스크류를 200rpm으로 작동시켜 용해시킨 후에 노즐을 통해 배출하였다.A cellulose sheet having a weight average degree of polymerization of 1200 was placed in a grinder equipped with a 100 mesh filter to prepare a cellulose powder having a diameter of 500 µm or less, and the cellulose powder was dissolved in NMMO. At this time, the antioxidant was dissolved so that the content of cellulose in the NMMO solution is 2% by weight to 0.08%. The NMMO solution containing 2% by weight of cellulose was injected into the extruder maintained at 78 ° C. at a speed of 6900 g / hour at an injection temperature of 59 ° C., and the cellulose powder was injected into the extruder at 676 g / hour with a screw feeder to swell the extruder. The swelling time was 1.1 minutes in the zone and the temperature range was 40 ~ 70 ℃, and the cellulose powder was sufficiently swollen in NMMO solution, and then each block temperature was maintained at 90 ~ 95 ℃ in the dissolving zone in the extruder, and the screw was 200rpm. Run and dissolve and then discharge through the nozzle.

배출된 용액의 농도는 10.7중량% 였으며, 미용해된 셀룰로오스 입자가 함유되지 않은 균질한 상태였고, 배출된 용액에서의 셀룰로오스 중합도는 1030이었다.The concentration of the discharged solution was 10.7 wt%, homogeneous without undissolved cellulose particles, and the degree of cellulose polymerization in the discharged solution was 1030.

실시예 3Example 3

압출기내의 용해구역의 온도만 100℃로 변경하였고 다른 방법은 실시예 2과 동일하게 한 후 노즐을 통해 배출하였다.Only the temperature of the dissolution zone in the extruder was changed to 100 ° C. and the other method was the same as in Example 2 and discharged through the nozzle.

미용해 셀룰로오스 입자가 거의 발견되지 않았으며 배출된 용액에서의 셀룰로오스 중합도는 1015이었다.Almost no undissolved cellulose particles were found and the degree of cellulose polymerization in the discharged solution was 1015.

실시예 4Example 4

중량 평균 중합도가 850인 셀룰로오스 시트를 100메쉬 필터가 장착된 분쇄기에 넣어 직경이 500㎛이하인 셀룰로오스 분말을 제조하고, 상기 셀룰로오스 분말을 NMMO에 용해시켰다. 이때 상기 NMMO용액 중 셀룰로오스의 함량은 1.5중량% 산화 방지제는 0.13%가 되도록 용해하였다.A cellulose sheet having a weight average degree of polymerization of 850 was placed in a grinder equipped with a 100 mesh filter to prepare a cellulose powder having a diameter of 500 μm or less, and the cellulose powder was dissolved in NMMO. At this time, the content of cellulose in the NMMO solution was dissolved so that 1.5% by weight of antioxidant was 0.13%.

상기 셀룰로오스가 1.5중량% 용해된 63℃ NMMO 용액과 셀룰로오스 분말은 트윈스크류식 압출기로 주입하여 제조된 셀룰로오스 용액의 최종농도가 14.5중량%가 되게 하였다.The 63 ° C. NMMO solution and the cellulose powder in which 1.5% by weight of the cellulose were dissolved were injected into a twin screw extruder such that the final concentration of the cellulose solution was 14.5% by weight.

상기 트윈 압출기의 팽윤 구역 온도를 45~75℃로 유지하고 용해구역의 블록온도를 95℃로 유지하고, 스크류를 300rpm으로 작동시켜 용해시킨 후에 노즐을 통해 방사하였다.The swelling zone temperature of the twin extruder was maintained at 45-75 ° C. and the block temperature of the dissolution zone was kept at 95 ° C., and the screw was operated at 300 rpm to dissolve and then spun through a nozzle.

미용해 셀룰로오스 입자가 거의 발견되지 않았으며 배출된 용액에서의 셀룰로오스 중합도는 760이었다.Almost no undissolved cellulose particles were found and the degree of cellulose polymerization in the discharged solution was 760.

비교예 1Comparative Example 1

중량 평균 중합도가 1200인 셀룰로오스를 분쇄기에서 직경이 500㎛ 이하로 분쇄한 분말을 89℃의 액상 NMMO(1수화물)와 함께 트윈스크류 압출기에 바로 주입하여 각 블록온도를 95℃로 유지하여 용해시킨 후 스쿠류를 250rpm에서 배출하여 방사하였다.After cellulose with a weight average degree of polymerization of 1200 was injected into a twinscrew extruder with a liquid NMMO (monohydrate) of 89 ° C, which was ground to 500 µm or less in diameter, each block temperature was maintained at 95 ° C and dissolved. Scour was discharged by spinning at 250 rpm.

용액의 농도는 11중량%이었으며, 용액을 편광현미경으로 관찰하였을 때 직경 50 내지 100 ㎛의 미용해분이 존재하였으며, 셀룰로오스 중합도는 973이었다.The concentration of the solution was 11% by weight. When the solution was observed under a polarizing microscope, an undissolved powder having a diameter of 50 to 100 μm was present, and the degree of cellulose polymerization was 973.

비교예2Comparative Example 2

압출기내 용해구역의 온도를 110℃ 로 변경하였고 다른 조건은 비교예1과 동일하게 한 후 노즐을 통해 배출하였다.The temperature of the dissolution zone in the extruder was changed to 110 ° C. and the other conditions were the same as in Comparative Example 1, and then discharged through the nozzle.

미용해 셀룰로오스입자는 소량이었으나 배출된 용액의 셀룰로오스 중합도는 820이었다.The amount of undissolved cellulose particles was small, but the cellulose polymerization degree of the discharged solution was 820.

실시예 1Example 1 실시예 2Example 2 실시예 3Example 3 실시예 4Example 4 비교예1Comparative Example 1 비교예2Comparative Example 2 미용해분평가1) Beauty Analysis 1) 0-10-1 0-20-2 0-60-6 0-90-9 24-3624-36 14-1914-19 건조강도(g/d)Dry strength (g / d) 6.26.2 7.37.3 5.95.9 5.55.5 5.45.4 4.34.3 건조 탄성률(g/d)Dry modulus (g / d) 310310 321321 267267 273273 240240 191191 습윤강도(g/d)Wet strength (g / d) 5.65.6 6.46.4 5.15.1 4.74.7 4.24.2 3.63.6

1) 5 ×5㎟ 면적내의 미용해분 개수1) The number of undissolved powder in the area of 5 × 5

본 발명은 액상 농축 N-메틸모폴린 N-옥사이드(NMMO)에 0.01 내지 3중량%의 셀룰로오스 분말을 먼저 소량 용해시켜 NMMO용액 제조하는 단계를 포함한다. 이는 액상 농축NMMO에 소량의 펄프를 용해시켜 NMMO의 융점을 낮아지게 하는 효과로 인하여, 비교적 낮은 온도에서 NMMO 용액을 압출기에 공급할 수 있다. 상기 설명한 이유로 인하여 넓은 공정 온도범위가 가능할 뿐만 아니라 또한 낮은 온도에서 셀룰로오스 분말과 NMMO 용액을 원활히 팽윤시킬 수 있어 고온의 NMMO에 의한 순간적인 용해로 셀룰로오스 분말 표면에 피막이 생성되는 것을 방지할 수 있어 최종적으로는 저온에서도 균질한 셀룰로오스 용액을 제조할 수 있다. The present invention includes preparing a NMMO solution by first dissolving a small amount of 0.01 to 3% by weight of cellulose powder in a liquid concentrated N-methylmorpholine N-oxide (NMMO). This can supply the NMMO solution to the extruder at a relatively low temperature due to the effect of dissolving a small amount of pulp in the liquid concentrated NMMO to lower the melting point of the NMMO. Due to the above-described reasons, not only a wide process temperature range is possible, but also swelling of cellulose powder and NMMO solution at low temperature can be prevented from forming a film on the surface of cellulose powder by instant dissolution by high temperature NMMO. A homogeneous cellulose solution can be produced even at low temperatures.

또한 압출기내에서 고온의 팽윤 용해과정에서 발생되는 셀룰로오스 분해를 억제시켜 유연성과 강도가 우수한 셀룰로오스 섬유를 제공할 수 있다. In addition, it is possible to provide cellulose fibers with excellent flexibility and strength by inhibiting cellulose decomposition generated during the high temperature swelling dissolution process in the extruder.

도 1은 본 발명의 균질한 셀룰로오스 용액을 제조하는 공정 개략도.1 is a process schematic diagram for preparing a homogeneous cellulose solution of the present invention.

도 2는 셀룰로오스 농도에 따른 고화 온도 변화 추이도2 is a change in the solidification temperature according to the cellulose concentration

Claims (10)

(A) 액상 농축 N-메틸모폴린 N-옥사이드(NMMO)에 0.01 내지 3중량%의 셀룰로오스 분말을 소량 용해시켜 셀룰로오스가 용해된 NMMO용액 제조하는 단계;(A) dissolving a small amount of 0.01 to 3% by weight of cellulose powder in liquid-concentrated N-methylmorpholine N-oxide (NMMO) to prepare an NMMO solution in which cellulose is dissolved; (B) 상기 NMMO용액과 셀룰로오스 분말을 압출기로 공급하여 압출기 내에서 분산, 혼합, 전단, 니딩(kneading), 용해 및 계량성능을 부여하도록 스크루가 배열된 압출기를 통해 팽윤화 및 균질화된 셀룰로오스용액으로 제조되는 단계;(B) swelling and homogenizing cellulose solution through an extruder in which the screw is arranged to supply the NMMO solution and cellulose powder to an extruder to impart dispersion, mixing, shearing, kneading, dissolving and metering performance in the extruder. Manufacturing step; (C) 상기 셀룰로오스 용액을 방사노즐을 통해 압출 방사한 후, 공기층을 통과하여 응고욕에 도달한 후 이를 응고시켜 멀티필라멘트를 얻는 단계;(C) extruding the cellulose solution through a spinning nozzle, and then passing through an air layer to reach a coagulation bath to solidify it to obtain a multifilament; (D) 상기 수득된 멀티필라멘트를 수세, 건조 및 유제 처리하여 권취하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 섬유의 제조방법. (D) a method for producing a cellulose fiber, comprising the step of winding the obtained multifilament by washing with water, drying and emulsion treatment. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 (A) 또는 (B)단계에서 투여되는 셀룰로오스 분말의 겉보기 직경은 500㎛이하인 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 섬유의 제조방법.Method for producing a cellulose fiber, characterized in that the apparent diameter of the cellulose powder administered in the step (A) or (B) is less than 500㎛. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 (B) 단계의 압출기내에서 혼합, 팽윤 및 용해시킨 다음, 최종 셀룰로오스 용액은 전체 중량대비 셀룰로오스의 함량이 3 내지 20 중량%의 농도인 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 섬유의 제조방법.After mixing, swelling and dissolving in the extruder of the step (B), the final cellulose solution is a method of producing a cellulose fiber, characterized in that the concentration of 3 to 20% by weight of cellulose relative to the total weight. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 (A)단계에서 NMMO용액은 전체중량 대비 수분 함량이 10내지 15 중량% 인 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 섬유의 제조방법.The NMMO solution in step (A) is a method for producing cellulose fibers, characterized in that the water content of 10 to 15% by weight relative to the total weight. 제 1항 내지 제 3항에 있어서, The method according to claim 1, wherein 상기 (B) 단계에서 셀룰로오스가 소량 용해된 액상 NMMO가 40℃ 내지 90℃의 온도로 유지되어 공급되는 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 섬유의 제조방법.Method for producing a cellulose fiber, characterized in that the liquid NMMO in which a small amount of cellulose is dissolved in (B) is maintained at a temperature of 40 ℃ to 90 ℃. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 (B) 단계에서 NMMO용액과 셀룰로오스 분말을 팽윤화 및 균질화 용액으로 제조하기 위해 사용되는 압출기는 쌍축압출기를 사용하고 3개 내지 16개의 바렐 또는 screw의 L/D가 12 내지 64의 범위인 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 섬유의 제조방법.The extruder used to prepare the NMMO solution and the cellulose powder in the swelling and homogenizing solution in step (B) uses a twin screw extruder and the L / D of 3 to 16 barrels or screws is in the range of 12 to 64. Method for producing a cellulose fiber, characterized in that. 제 6항에 있어서, The method of claim 6, 쌍축 압출기는 30℃내지 110℃ 온도로 유지되어 실행되는 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 섬유의 제조방법.Twin-screw extruder is a method of producing a cellulose fiber, characterized in that carried out maintained at a temperature of 30 ℃ to 110 ℃. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 (A) 또는 (B) 단계의 셀룰로오스 분말은 다른 고분자물질과의 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 섬유의 제조방법.The cellulose powder of step (A) or (B) is a method for producing cellulose fibers, characterized in that used in combination with other polymer materials. 제 1항의 방법으로 제조된, 하기물성을 갖는 셀룰로오스 섬유. (1) 건조강도 5 내지 10 g/d, (2) 건조 탄성율 200 내지 400 g/d, (3) 습윤강도 3 내지 8 g/dCellulose fibers having the following physical properties, produced by the method of claim 1. (1) dry strength of 5 to 10 g / d, (2) dry modulus of 200 to 400 g / d, (3) wet strength of 3 to 8 g / d 제 9항의 셀룰로오스 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 타이어 코드.A tire cord comprising the cellulose fiber of claim 9.
KR10-2003-0043254A 2003-06-30 2003-06-30 A process for preparing cellulose fiber by using a highly homogeneous cellulose solution KR100486811B1 (en)

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