KR20180085858A - Eco-friendly addititives containing lyocell fibers - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 내피로도가 향상된 셀룰로오스 섬유를 제조하기 위한 셀룰로오스 용액 및 셀룰로오스 섬유의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 NMMO와 셀룰로오스 분말을 혼합하여 셀룰로오스 도프(Dope)를 제조할 때, 첨가제를 추가로 첨가하여 제조하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a cellulose solution for producing cellulose fibers with improved fatigue resistance and a method for producing cellulose fibers, and more particularly, to a method for producing cellulose fibers by mixing NMMO and cellulose powder to prepare a cellulose dope, To a process for producing the same.
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 것은 NMMO이다.Cellulose has a very high affinity with other materials, but it is difficult to dissolve in a general solvent due to a crystal structure formed by a strong hydrogen bond in a molecular chain or a chain. NMMO is widely used as a solvent capable of producing a solution by destroying this structure .
종래 NMMO 수화물을 사용한 셀룰로오스용액을 제조하는 방법에는 다음과 같은 기술이 알려져 있다.Conventionally, the following technique is known as a method for producing a cellulose solution using NMMO hydrate.
미국특허 제4,142,913호, 동 제4,144,080호는 NMMO수화물에 팽윤 분산된 셀룰로오스를 감압 증류하여 셀룰로오스가 용해된 용액을 얻고 이를 냉각하여 고체상(precursor)를 제조(일종의 칩화)한 후, 압출기에서 용해하여 셀룰로오스 용액을 제조하는 방법을 개시하였다. 이 방법은 압출기를 이용함으로써 용해 공정의 단순화를 도모할 수는 있으나, 미리 칩화를 위한 선행 공정으로 인해 시간 및 에너지소비가 크고 프리커서의 온도 및 습도관리에 문제점이 있다.U.S. Patent Nos. 4,142,913 and 4,144,080 disclose a method in which a solution in which cellulose is dissolved by distillation of celluloses swelled and dispersed in NMMO hydrate is obtained and cooled to prepare a solid precursor (a kind of chips) and then dissolved in an extruder to obtain cellulose Lt; / RTI > solution. Although this method can simplify the melting process by using an extruder, time and energy consumption are large due to the preceding process for chip formation, and there is a problem in temperature and humidity management of the precursor.
미국특허 제5,584,919호는 수분함량 5내지 17%의 고체상 NMMO를 제조한 후 분말 셀룰로오스와 수평 실린더형 고속 믹서에서 교반하여 그래뉼(granule)상의 프리커서를 만든 다음 압출기에서 용해하는 방법을 개시하였다. 이 방법은 제조된 granule의 입자크기의 산포가 크고 수율이 낮으며 이것은 용량이 증가할수록 더욱 큰 산포를 나타내고 이송 및 저장을 위해 복잡한 냉각장치가 부착되어야 하는 문제점이 있다. 또한 고체상 NMMO용매의 제조 및 보관의 문제가 따른다.U.S. Patent No. 5,584,919 discloses a method for preparing a solid phase NMMO having a moisture content of 5 to 17%, followed by stirring in powdered cellulose and a horizontal cylindrical high-speed mixer to prepare a precursor on a granule and then dissolving in an extruder. This method has a problem that the particle size of the granule produced is large and the yield is low, which shows a larger dispersion as the capacity is increased and a complicated cooling device must be attached for transportation and storage. There is also the problem of preparation and storage of solid phase NMMO solvent.
미국특허 제5,094,690호, 제5,534,113호 또는 제5,603,883호는 수분함량 40%를 함유한 NMMO로 셀룰로오스를 분산시킨 슬러리를 1.5내지 5.0mm의 박막 용액층을 형성할 수 있는 강제박막 증류장치로부터 과량의 물을 제거한 다음 용액을 제조하는 방법을 개시하였다. 이 방법은 로터(rotor)의 회전에 의해 아래로 슬러리가 내려가면서 증발, 용해가 일어나므로 수직방향으로 다운스트림(downstream)됨에 따라 체류시간이 짧고 충분한 전단력을 부여하기가 힘들어 볼륨(volume)에 비해 효율이 떨어지는 문제와 용액 체류시간 내에 요구되는 수준까지 물을 증발시키기 위해 복잡한 감압 증류장치의 사용이 불가피하다. 이 방법은 전체 용액 제조 공정 시간이 길어에너지 소모가 많으며, 셀룰로오스의 분해 및 NMMO 변색 등으로 인한 정제 효율성이 낮아 고강도의 섬유를 제조하는 데 문제점이 있다.U.S. Patent Nos. 5,094,690, 5,534,113 or 5,603,883 disclose a slurry in which cellulose is dispersed in NMMO containing 40% moisture, from a forced thin-film distillation apparatus capable of forming a thin film solution layer of 1.5 to 5.0 mm in excess water And then preparing a solution. In this method, evaporation and melting occur as the slurry descends downward due to the rotation of the rotor, so that it is difficult to give a sufficient shear force due to the short residence time as it is downstream in the vertical direction. It is inevitable to use a complicated vacuum distillation apparatus to evaporate the water to the required level within the solution retention time and the problem of inefficiency. This method has a problem of producing high-strength fibers because of low energy consumption due to a long time for the whole solution manufacturing process and low purification efficiency due to decomposition of cellulose and discoloration of NMMO.
미국특허 제5,421,525호, 제5,456,748호, 제5,534,113호, 또는 제5,888,288호에 따르면, 불균일 플레트상으로 분쇄된 펄프와 수분함량 22%인 NMMO를 수평 실린더형 믹서(mixer)에서 혼합, 팽윤시킨 후 저장장치(storage hopper)에서 수시간 교반하여 다시 팽윤시킨 다음 강제 박막형 증발장치로 공급된 고점성 용액의 물을 증발시키면서 용해하는 방법을 개시하였다. 이 방법은 플레이트상 펄프 제조시 발생되는 더스트(dust)펄프를 따로 관리 공급해야 하며, 수평 실린더형 믹서는 팽윤용액의 배출이 어려운 점등으로 미국특허 제5,921,675호에서는 배출구에 컨베이어 스크루(conveyor screw)를 부착하는 방법이 개시되기도 하였다.According to U.S. Patent Nos. 5,421,525, 5,456,748, 5,534,113, or 5,888,288, pulverized pulp with non-uniform platelets and NMMO having a moisture content of 22% are mixed and swollen in a horizontal cylindrical mixer and then stored A method of dissolving water in a high-viscosity solution supplied to a forced thin-film evaporator while evaporating it is disclosed. In this method, the dust pulp generated in the production of the plate-like pulp must be separately managed, and the horizontal cylinder type mixer is difficult to discharge the swelling solution. In US Pat. No. 5,921,675, a conveyor screw A method of attaching the same has been disclosed.
미국특허 제5,948,905에 의하면, 수분함량이 약23%인 NMMO수화물과 셀룰로오스 혼합물내의 물을 증발시켜 셀룰로오스용액을 제조하기 위해 혼합물을 직경 1.5내지 6.0mm로 구성된 노즐을 통과시키면서 순간적으로 진공 증발시키는 것을 특징으로 하는데, 이때 첫 번째 챔버(chamber)에서는 노즐 직경을 크게 하고 홀의 개수를 적게 하였으며, chamber단계가 증가할수록 노즐 직경은 작고 홀의 개수는 증가시켜 용액의 증발 단면적을 증가시켜 물 증발 효율을 높이고자 하였다. 마지막 단계인 8단계에서는 압출기를 사용하는 방법을 개시하고 있다. 이 방법은 각 chamber별 구성이 모두 다르고, chamber 이송용 screw 및 진공처리 단계가 너무 많아 장치가 복잡해지는 단점이 있다.According to U.S. Patent No. 5,948,905, NMMO hydrate having a moisture content of about 23% and water are evaporated in a cellulosic mixture to form a cellulose solution. The mixture is instantly vacuum evaporated while passing through a nozzle having a diameter of 1.5 to 6.0 mm In this case, in the first chamber, the nozzle diameter is increased and the number of holes is decreased. As the chamber stage is increased, the nozzle diameter is decreased and the number of holes is increased to increase the evaporation efficiency of the solution by increasing the cross- . The last step, Step 8, discloses a method of using an extruder. This method has a disadvantage in that the configuration of each chamber is different, and the number of screw and vacuum processing steps for chamber transfer is so large that the apparatus becomes complicated.
국제 특허 97/47790호는 셀룰로오스 분말을 쌍축 압출기 중에서 액상 NMMO용매에 직접 용해시켜 셀룰로오스용액을 제조하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 쌍축 압출기의 첫 번째 바렐에 수분함량 12%인 액상 NMMO를 100℃로 유지하여 주입하고 75℃로 조절된 세 번째 바렐에 분말 셀룰로오스를 측면 공급기로 공급한 후 이송, 혼련하여 120℃까지 온도를 높혀 용액을 제조한다. 이 방법은 이미 셀룰로오스와 NMMO공급용으로 3개의 바렐을 차지하고 있고, 압출기 내에서 셀룰로오스용해를 위해서는 용해를 위한 별도의 바렐이 차지해야 한다. 실제로 팽윤과 용해가 거의 동시에 일어날 정도의 짧은 팽윤 구간만이 존재하므로 펄프 분말의 불완전 팽윤으로 인해 미용해된 셀룰로오스 입자가 발생될 가능성이 높다. 소량의 용액을 제조할 경우에는 효과적일 수 있으나, 셀룰로오스 용액 제조량이 증가할 경우에는 다량의 미용해분 발생으로 인해 필터 시스템의 과도한 투자와 방사주기가 짧아지는 문제점이 있다. 팽윤구간을 늘리면 용해구간이 짧아져 쌍축 압출기의 바렐이 과다하게 증가하는 단점이 있으며, 블록을 증가하여 screw L/D를 증가시켜도 동일 구동축을 사용하므로 팽윤조건과 용해조건을 동시에 조절하기에는 힘든 단점이 있다. 즉, 겉보기 비중이 낮은 분말상 셀룰로오스를 Free-Volume이 낮은 쌍축 압출기로 용액을 제조하는 것은 생산성의 한계를 가져올 수 있다.International Patent 97/47790 relates to a process for preparing a cellulose solution by directly dissolving a cellulose powder in a liquid NMMO solvent in a biaxial extruder. In this method, liquid NMMO having a moisture content of 12% is injected into the first barrel of the twin-screw extruder at a temperature of 100 ° C., and powdered cellulose of a third barrel adjusted to 75 ° C. is fed to a side feeder, The solution is prepared by raising the temperature. This method already occupies three barrels for the supply of cellulose and NMMO, and for the dissolution of cellulose in the extruder, a separate barrel for melting must be occupied. There is a short swelling zone in which swelling and dissolution almost coincide with each other. Therefore, there is a high possibility that undissolved cellulose particles are generated due to incomplete swelling of the pulp powder. It may be effective to prepare a small amount of the solution. However, when the amount of the cellulose solution produced increases, there is a problem in that excessive emission of the filter system and shortening of the radiation period are caused due to generation of a large amount of unhulled solution. If the swelling zone is increased, the melting zone is shortened and the barrel of the biaxial extruder is excessively increased. Even if the screw L / D is increased by increasing the block, since the same driving shaft is used, it is difficult to simultaneously control the swelling condition and the melting condition have. That is, the production of a solution with low-apparent-gravity powdery cellulose by a low-free-volume low-biaxial extruder may cause a problem in productivity.
1939년 미국특허 제2,179,181호에 Graenacher와 Sallman , 1966년 영국특허 제1,144,048호에 Johnson에 의해 셀룰로오스의 가장 강력한 용매로써 tertiary amine oxide가 제안된 이후 많은 특허와 문헌들이 개시되고 있다. 이중에서 가장 일반적으로 사용되고 있는 것이 NMMO이며, NMMO의 활성부분인 N-O기의 산소기는 셀룰로오스와 같은 하이드록시가 풍부한 물질과 쉽게 분자간 결합이 일어나 셀룰로오스의 결정격자 내부로 침투가 용이하게 되는 것이 특징이다. 또한, NMMO가 물과 수화된 정도와 온도에 따라서 셀룰로오스와의 반응 활성력이 차이가 있음을 Chanzy등은 지적하고 있다.Many patents and documents have been disclosed since Graenacher and Sallman in US Pat. No. 2,179,181 in 1939, and tertiary amine oxide as the most powerful solvent of cellulose by Johnson in British Patent No. 1,144,048 in 1966. Of these, NMMO is the most commonly used, and the oxygen group of the N-O group, which is an active part of NMMO, is easily intermolecularly bonded to a hydroxy-rich substance such as cellulose, thereby facilitating penetration into the crystal lattice of cellulose. In addition, Chanzy et al. Point out that NMMO has a difference in activity of reacting with cellulose depending on water and hydration degree and temperature.
그러나, 본 발명자등은 반응 활성력에 영향을 주는 인자로써 온도외에 셀룰로오스 농도, 셀룰로오스의 DP, 셀룰로오스와 NMMO의 접촉방법 및 장치 그리고 NMMO가 액체상 또는 고체상인지 또는 그 중간상인지에 따라 반응 활성력과 관계가 있음을 파악하였다.However, as a factor affecting the reaction activity force, the inventors of the present invention have found that, in addition to the temperature, there is a relationship between the cellulose concentration, the DP of cellulose, the contact method and apparatus of cellulose and NMMO and the reaction active power depending on whether the NMMO is a liquid phase, .
상술한 바와 같이, 종래의 방법에서는 20내지 40%의 물을 함유한 NMMO를 셀룰로오스와 처음 접촉시킨 후 다양한 형태의 증발장치를 이용하여 물을 증발시켜 팽윤, 용해를 시키는 것을 특징으로 한다. 이때 고점도 용액을 이송시키는 문제와 고점도 용액으로부터 물을 증발시키기 위해 충분한 체류시간을 확보하기 위한 장치, 진공장치 등으로 인해 대용량화 및 에너지 소모가 많은 문제점을 가지고 있다. 또한, 약 13%의 물을 함유한 액상 NMMO를 사용하여 직접 용해하는 방법도 제안되고 있으나, 이때의 NMMO 결정화온도인 약80℃ 이상인 상태로 셀룰로오스와 접촉하게 되면, 지나치게 셀룰로오스에 대한 반응 활성력이 높아 거의 팽윤없이 바로 용해됨으로써 미용해성분이 남게 되는 단점이 있다.As described above, in the conventional method, NMMO containing 20 to 40% of water is contacted with cellulose for the first time, and water is evaporated by using various types of evaporators to swell and dissolve. At this time, there are problems in transferring a high viscosity solution and a device for securing a sufficient residence time for evaporating water from a high viscosity solution, a vacuum device, and the like, which leads to a problem of large capacity and energy consumption. In addition, a method of directly dissolving by using liquid NMMO containing about 13% of water has been proposed. However, when it comes into contact with the cellulose at a temperature of about 80 ° C or more, which is the NMMO crystallization temperature at this time, It is dissolved immediately without swelling so that the un-dissolved components remain.
용해용 펄프의 셀룰로오스섬유를 형태학(morphology)적으로 살펴보면, 피트(pit)라고 불리는 물이 통과하는 미세구멍과 세포벽의 두께등이 전체적으로 균일하게 되어 있지 않으므로 국부적으로 침투가 용이한 곳과 어려운 곳으로 구성되어 있어 제한적인 시간내에 NMMO의 침투력에 차이가 발생한다. 이와 같은 경향은 펄프 제조시 사용되는 우드 파이버(wood fiber)의 종류와 펄프 제조방법에 따라서도 차이가 나타난다. 따라서, 균일한 셀룰로오스용액을 제조하기 위해서는 사용되는 용매가 셀룰로오스 섬유 전면적에 충분히 침투하여 이완 즉, 팽윤시키지 않으면 안 된다. 그렇지 않을 경우, 셀룰로오스 섬유 내 또는 섬유 간 국부적인 용해성 차이가 발생하여 완전용해가 일어나지 않고 한정적인 용해가 일어나게 되어 미용해 셀룰로오스가 남게 된다. 또한 제조 공정 상 피브로스(fibrous)한 셀룰로오스가 뭉쳐져 있는 경우가 일반적이다. 이 때 고농도의 NMMO를 사용하여 셀룰로오스를 직접 용해하고자 하는 경우, 셀룰로오스의 밀집 상태가 용해성을 좌우하는 요인이 된다. 셀룰로오스의 밀집 상태가 높은 경우 강한 전단력을 부여하거나 높은 온도로 가열하여도 NMMO가 셀룰로오스 뭉치의 외부면을 미리 팽윤 또는 용해를 시켜버리면 더 이상의 침투가 어려워 미용해분으로 남게 된다. 이와 같은 관점에서, 셀룰로오스의 밀집 상태, NMMO의 반응 활성력을 조절하는 것은 셀룰로오스 용액을 제조하기 위한 중요한 기술이다.Morphology of the cellulose fibers of the pulp for dissolution shows that the pores through which water, called pits, pass and the thickness of the cell walls are not uniformly uniformed, so that it is difficult to locally penetrate and difficult to penetrate And the permeability of NMMO differs within a limited time. This tendency differs depending on the type of wood fiber used in pulp manufacture and the pulp manufacturing method. Therefore, in order to produce a homogeneous cellulose solution, the solvent used must sufficiently penetrate the entire surface of the cellulose fiber to relax or swell. Otherwise, there is a local difference in solubility in the cellulose fibers or between the fibers, so that complete dissolution does not occur and only limited dissolution occurs, resulting in unneeded cellulose remaining. In addition, fibrous celluloses are generally clustered in the manufacturing process. At this time, in the case of directly dissolving cellulose using a high concentration of NMMO, the dense state of the cellulose is a factor that affects the solubility. When the dense state of the cellulose is high, even if a strong shearing force is given or the NMMO swells or melts the outer surface of the cellulose bundle beforehand even if heated to a high temperature, it is difficult to further penetrate and remains as a cosolvent. From this viewpoint, it is an important technology for preparing a cellulose solution to control the dense state of cellulose and the reaction active power of NMMO.
상기와 같이, 종래의 방법에서는 대량 생산에 불리한 복잡한 공정, 용액 제조시간이 길어서 발생하는 셀룰로오스 분해 및 NMMO의 변색에 따른 정제공정의 부담, 높은 온도로 인한 셀룰로오스의 분해, 셀룰로오스 용액의 낮은 균질도 등의 단점이 있다. 또한 해결되어야 하는 과제는 낮은 절신에 따라 내피로도가 낮은 문제이다. 이와 같은 문제점을 해결하여 라이오셀용 셀룰로오스 용액을 제조하기 위해서는, NMMO 용매가 셀룰로오스의 매크로 조직과 마이크로 조직 내로 짧은 시간, 낮은 온도 및 낮은 전단력으로 전면적에 충분히 진입시켜 무한정 팽윤시킨 다음 용해하는 것이 이상적이다. 또한 도프 제조 공정에서 내피로성 첨가제를 투입하여 원사 단면 형태 및 미세 구조를 변경하여 내피로도를 향상시킬 수 있다. 아울러, 상업화를 위해 복잡한 장치 구조를 피하고, 짧은 시간 내에 많은 양의 셀룰로오스를 용해하고, 유틸리티를 최소화하는 것이 라이오셀 섬유용 고균질, 저분해, 고내피로성 셀룰로오스 용액을 제조하기 위한 중요한 기술적 과제라고 볼 수 있다.As described above, in the conventional method, the complicated process which is disadvantageous for mass production, the decomposition of cellulose due to a long time for producing the solution, the burden of the purification process due to discoloration of NMMO, the decomposition of cellulose due to high temperature, the low homogeneity of the cellulose solution . The problem to be solved is the problem of low fatigue according to low power. In order to solve the above problems, it is ideal that the NMMO solvent is sufficiently infiltrated into the microstructure of the cellulose and the microstructure for a short time, low temperature and low shear force, swollen indefinitely, and then melted to prepare the cellulose solution for lyocell. In addition, the fatigue resistance can be improved by changing the cross-sectional shape and microstructure of the yarn by injecting the fatigue additive in the dope production process. In addition, it is an important technical task to produce a highly homogeneous, low-disintegration, and high-fatigue cellulose solution for lyocell fiber by avoiding complicated device structure for commercialization, dissolving large amounts of cellulose in a short time, and minimizing utility .
본 발명의 일실시예에 따르면 NMMO/물 혼합용매를 사용한 셀룰로오스 섬유의 제조방법은 (a) 농축된 액상 NMMO 용액을 제조하는 단계; (b) 셀룰로오스 시트를 건조, 분쇄하여 1 내지 10% 수분으로 유지된 셀룰로오스 분말을 제조하는 단계; (c) 상기 액상 NMMO 용액, 셀룰로오스 분말과 소이빈 오일(soybean oil)의 첨가제를 각각 계량하여 쌍축 압출기에 주입하여 팽윤, 용해시켜 셀룰로오스 용액을 제조하는 단계; (d) 상기 셀룰로오스 용액을 방사하여 셀룰로오스 필라멘트를 제조하는 단계를 포함한다.According to one embodiment of the present invention, a method for preparing a cellulose fiber using an NMMO / water mixed solvent includes the steps of: (a) preparing a concentrated liquid NMMO solution; (b) drying and pulverizing the cellulose sheet to prepare a cellulose powder maintained at 1 to 10% moisture; (c) measuring the additives of the liquid NMMO solution, cellulose powder and soybean oil, respectively, and injecting the mixture into a biaxial extruder, swelling and dissolving the cellulose to prepare a cellulose solution; (d) spinning the cellulose solution to prepare a cellulose filament.
본 발명의 다른 실시예에 따르면 상기 소이빈 오일(soybean oil)의 첨가제는 분자 구조 내에 에폭시기를 최소 3개 이상, 최대 15개 이하를 포함하며, 최소 10개 이상의 탄소수를 가지는 알킬기 체인을 3개 이상 가지는 구조이며, 상기 첨가제가 셀룰로오스 용액 총량 대비 5% 이하로 첨가된다.According to another embodiment of the present invention, the additive for the soybean oil includes at least 3 and at most 15 epoxy groups in the molecular structure, and at least three alkyl group chains having at least 10 carbon atoms And the additive is added in an amount of 5% or less based on the total amount of the cellulose solution.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 제 1항의 방법으로 제조되고, 셀룰로오스 섬유 원사의 단면 공극률이 0.5 내지 50%인 셀룰로오스 섬유가 제공된다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a cellulose fiber produced by the method of claim 1, wherein the cross-sectional porosity of the cellulose fiber yarn is 0.5 to 50%.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면 NMMO/물 혼합용매를 사용하여 제조된 셀룰로오스 용액은 소이빈 오일(soybean oil)의 첨가제를 용액 총량 대비 5% 이하로 함유하고, (a) 농축된 액상 NMMO 용액을 제조하는 단계; (b) 셀룰로오스 시트를 건조, 분쇄하여 1 내지 10% 수분으로 유지된 셀룰로오스 분말을 제조하는 단계; (c) 상기 액상 NMMO 용액, 셀룰로오스 분말과 소이빈 오일(soybean oil)의 첨가제를 각각 계량하여 동방향 쌍축 압출기에 주입하여 팽윤, 용해시키는 단계를 거쳐 제조된다.According to another embodiment of the present invention, the cellulose solution prepared using the NMMO / water mixed solvent contains soybean oil additives in an amount of 5% or less based on the total amount of the solution, (a) a concentrated liquid NMMO solution Lt; / RTI > (b) drying and pulverizing the cellulose sheet to prepare a cellulose powder maintained at 1 to 10% moisture; (c) measuring the additives of the liquid NMMO solution, cellulose powder and soybean oil, respectively, and injecting the mixture into a biaxial extruder in the same direction to swell and dissolve.
본 발명은 펄프 시트의 수분 관리를 통하여 셀룰로오스를 분말화시키고, 액상과 고상의 중간 상태의 NMMO와 분말 셀룰로오스가 첨가제 존재하에 쌍축 압출기 내에서 무한 팽윤화시킨 다음 쌍축 압출기의 높은 전단력을 이용하여 짧은 시간 내에 비교적 낮은 온도에서 용해시키는 제조 방법이다.The present invention relates to a process for pulverizing cellulose by pulverizing moisture of a pulp sheet, endless swelling of NMMO and powdered cellulose in a liquid phase and a solid phase in a twin-screw extruder in the presence of an additive, and then using a high shear force of the twin- At a relatively low temperature.
특히, 86.5중량%의 농축 NMMO를 직접 주입함으로써 별도의 감압에 의한 물의 증발장치가 필요하지 않아 장치 구조가 간단하다. 또, 분말상 셀룰로오스의 크기와 수분을 관리함으로써 분말상 셀룰로오스끼리의 엉킴에 따른 셀룰로오스의 피막만 팽윤, 용해되어 미용해 셀룰로오스 입자상이 되는 것을 방지함으로써 필터의 교체 주기를 감소시킬 수 있다. 전단력 효율이 높은 쌍축 압출기를 이용함으로써 용해 시간과 용해 온도를 낮출 수 있고, 원래의 펄프 중합도 저하를 최소화하기 때문에 높은 셀룰로오스 분자량을 유지함으로 인해 고강도 라이오셀 섬유를 제조할 수 있는 장점을 가진다. 또한 셀룰로오스 도프 제조시 첨가된 첨가제는 원사의 단면 형태 및 미세 구조에 변화를 준다. 특히 공극률이 증가하여 이는 셀룰로오스 원사 및 섬유의 내피로성을 높여준다.In particular, since the evaporation device for water by separate decompression is not necessary by directly injecting 86.5 wt% of concentrated NMMO, the structure of the device is simple. Also, by controlling the size and moisture of the powdery cellulose, swelling and dissolution of only the coating of the cellulose due to entanglement of the powdery cellulose can be prevented from becoming uncooled cellulose particles, thereby reducing the replacement period of the filter. By using a biaxial extruder having a high shear efficiency, the dissolution time and the melting temperature can be lowered and the degradation of the original pulp polymerization degree can be minimized. Therefore, the high cellulose lignocellulosic fiber can be produced with high molecular weight. The additives added in the preparation of the cellulose dope also change the cross-sectional shape and microstructure of the yarn. In particular, porosity increases, which increases the fatigue resistance of cellulose yarn and fibers.
도 1은 본 발명에 따른 NMMO의 온도에 따른 상태변화도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 셀룰로오스 섬유의 제조 공정도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 셀룰로오스 용액의 제조 공정도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 섬유 단면의 SEM 사진이다.
도 5는 본 발명의 비교예 1에 따른 섬유 단면의 SEM 사진이다FIG. 1 is a graph showing a state transition of NMMO according to the present invention.
FIG. 2 is a view showing a manufacturing process of a cellulose fiber according to an embodiment of the present invention.
3 is a view illustrating a process of manufacturing a cellulose solution according to an embodiment of the present invention.
4 is a SEM photograph of a fiber cross-section according to Example 1 of the present invention.
5 is a SEM photograph of a fiber cross-section according to Comparative Example 1 of the present invention
이하, 본 발명에 의한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 또한, 본 실시예에서는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니고, 단지 예시로 제시한 것이며, 그 기술적인 요지를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변경이 가능하다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. The present invention is not limited to the scope of the present invention, but is merely an example, and various modifications can be made without departing from the technical gist of the present invention.
셀룰로오스의 분해가 최소화되고 미용해 셀룰로오스 입자들이 존재하지 않는 균질한 라이오셀용 섬유를 제조하기 위해서는 단시간 내에 낮은 온도로 셀룰로오스 분말을 액상으로 투입된 NMMO와 균일하게 혼합하여 NMMO가 셀룰로오스 분말에 전면적으로 충분히 침투하여 팽윤시키는 공정이 반드시 필요하다.In order to produce homogeneous lyocell fibers in which degradation of cellulose is minimized and unhulled cellulose particles are not present, it is necessary to uniformly mix the cellulose powder with the liquid phase of NMMO at a low temperature within a short time to sufficiently penetrate the NMMO into the cellulose powder A swelling process is indispensable.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 라이오셀용 고균질 셀룰로오스 용액의 제조 방법은 중합도가 높은 셀룰로오스 분자를 사용하여 고배향구조 및 고결정화를 유도함으로서 높은 강도와 탄성율을 기대할 수 있다. 또한 고품질의 셀룰로오스 섬유를 제조하기 위해서는 α-셀룰로오스 함량이 높은 것을 사용하는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명에서 사용된 셀룰로오스의 중합도(DPw)는 800이상 , α-셀룰로오스 함량 92%이상인 펄프를 사용하는 것을 특징으로 한다. 이상과 같이 준비된 셀룰로오스 시트는 건조기를 통과한 다음 분쇄하여 1 내지 10중량% 이하의, 더욱 바람직하게는 1 내지 5중량% 이하의 수분을 함유한 분말화된 셀룰로오스와 농축된 액상 NMMO를 50 내지 100℃ 온도, 100 내지 250rpm 회전 속도로 가변되는 동방향 쌍축 압출기에 연속적으로 주입하여 팽윤, 용해함으로써 라이오셀용 셀룰로오스 용액을 제조하는 것이다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a method for producing a highly homogeneous cellulose solution for a lyocell, which uses a cellulose molecule having a high degree of polymerization to induce a high orientation structure and a high crystallinity, thereby achieving high strength and elasticity. In order to produce high-quality cellulose fibers, it is preferable to use cellulose having a high? -Cellulose content. Therefore, the cellulose used in the present invention is characterized in that pulp having a degree of polymerization (DPw) of 800 or more and an? -Cellulose content of 92% or more is used. The prepared cellulose sheet is passed through a dryer and then pulverized to obtain powdered cellulose containing 1 to 10 wt% or less, more preferably 1 to 5 wt% or less of water, and concentrated liquid NMMO in an amount of 50 to 100 At a rotating speed of 100 to 250 rpm, and swelling and dissolving the cellulose solution to prepare a cellulose solution for a lyocell.
상기 수분함유량이 1중량% 미만이면 경제성이 떨어지고, 10중량%를 초과하면 기계적 물성이 떨어지므로 바람직하지 않다.If the moisture content is less than 1 wt%, the economical efficiency is deteriorated. If the moisture content is more than 10 wt%, the mechanical properties are deteriorated.
상기 셀룰로오스 용액은 소이빈 오일(soybean oil)의 첨가제를 포함할 수 있다. 소이빈 오일(soybean oil)의 첨가제는 내피로성을 증가시키는 역할을 한다.The cellulosic solution may comprise an additive of soybean oil. The additive of soybean oil plays a role in increasing fatigue resistance.
또한, 본 발명은, (a) 농축된 액상 NMMO 용액을 제조하는 단계; (b) 셀룰로오스 시트를 건조, 분쇄하여 일정 수분으로 유지된 셀룰로오스 분말을 제조하는 단계; (c) 상기 액상 NMMO 용액, 셀룰로오스 분말과 소이빈 오일(soybean oil)의 첨가제를 각각 계량하여 쌍축 압출기에 주입하여 팽윤, 용해시키는 단계 등으로 이루어진 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 용액의 제조방법을 제공한다.The present invention also relates to a process for preparing a concentrated liquid NMMO solution comprising: (a) preparing a concentrated liquid NMMO solution; (b) drying and pulverizing the cellulose sheet to prepare a cellulose powder maintained at a constant water content; (c) measuring the additives of the liquid NMMO solution, cellulose powder and soybean oil, respectively, and injecting the mixture into a twin-screw extruder to swell and dissolve the cellulose acylate solution.
더욱 구체적으로는 본 발명에 따른 고균질 셀룰로오스 용액은More specifically, the highly homogeneous cellulose solution according to the present invention comprises
(a) 수세액으로부터 수거된 25중량%의 NMMO 수화물을 박막 강하 농축기에 의해 86.5중량%의 액상 NMMO(1수화물)로 농축시키는 단계;(a) concentrating 25% by weight of NMMO hydrate collected from wash liquor with 86.5% by weight of liquid NMMO (monohydrate) by means of a thin film drawdown condenser;
(b) 롤(Roll)상 셀룰로오스 시트를 해연하면서 건조기를 통과한 후 셀룰로오스 시트가 7%의 수분율을 갖도록 건조 온도를 조절하여 처리하고, 즉시 건조 공기로 냉각시켜 분쇄기로 주입한 다음 500㎛ 이하로 분말화 셀룰로오스를 제조하는 단계;(b) After passing through a dryer while passing through a cellulose sheet on a roll, the cellulose sheet is treated to adjust the drying temperature so that the cellulose sheet has a moisture content of 7%. The cellulose sheet is immediately cooled with dry air and injected into a pulverizer. Preparing powdered cellulose;
(c) 상기 (a)와 (b)에서 제조된 액상 NMMO와 셀룰로오스 분말을 소이빈 오일(soybean oil)의 첨가제를 첨가하여 50 내지 100℃의 온도 범위로 조절된 쌍축 압출기에 공급하여 용해하는 단계를 거쳐서 제조된다. 특히, 이 때 준비된 쌍축 압출기는 좁은 체류시간 분포를 갖도록 스크류를 배열함으로써 셀룰로오스의 분해를 최소화하도록 한다.(c) feeding the liquid NMMO and the cellulose powder prepared in (a) and (b) above to a twin-screw extruder adjusted to a temperature ranging from 50 to 100 ° C by adding an additive of soybean oil and dissolving Lt; / RTI > In particular, the twin-screw extruder prepared at this time minimizes the decomposition of the cellulose by arranging the screw to have a narrow residence time distribution.
미국특허 제 4,416,698호와 국제공개 WO 1997/47790호에서는 압출기 내로 액상 NMMO와 셀룰로오스 분말을 주입하여 혼합, 팽윤, 용해 과정을 거쳐 셀룰로오스 용액을 제조하는 방법을 제시하였고, 국내 등록 특허 10-0365867은 과냉각된 액상 NMMO와 별도의 수분 함량이 없는 셀룰로오스 분말을 동시에 쌍축 팽윤 혼합물 제조기에 주입한 후 일축 압출기에서 용해하는 방법을 제시하였으나, 본 발명은 액상-고상의 중간상의 NMMO와 수분이 관리된 셀룰로오스 분말을 먼저 혼합, 반죽시켜 팽윤하고 연속적으로 쌍축 압출기 내에서 다시 팽윤, 용해하여 제조하므로 기존의 특허와는 용액의 제조 방법과 원리가 상이하다.U.S. Pat. No. 4,416,698 and International Publication No. WO 1997/47790 disclose a method of preparing a cellulose solution by injecting liquid NMMO and cellulose powder into an extruder, followed by mixing, swelling and dissolving, and Korean Patent Registration No. 10-0365867 The present invention relates to a method of dissolving NMMO in liquid phase and solid phase and cellulosic powder in which water content is not controlled and a cellulosic powder having no moisture content simultaneously in a single screw extruder. The mixture is first kneaded, kneaded and swollen, and then continuously swollen and dissolved in a twin-screw extruder. Thus, the manufacturing method and principle of the solution differ from those of the conventional patent.
또한, 본 발명은 (a) 농축된 액상 NMMO 용액을 제조하는 단계; (b) 셀룰로오스 시트를 건조, 분쇄하여 일정 수분으로 유지된 셀룰로오스 분말을 제조하는 단계; (c) 상기 액상 NMMO 용액, 셀룰로오스 분말과 소이빈 오일(soybean oil)의 첨가제를 각각 계량하여 제조하는 단계; (e) 상기 셀룰로오스 페이스트를 쌍축 압출기에 주입하여 팽윤, 용해시켜 셀룰로오스 용액을 제조하는 단계; (f) 상기 셀룰로오스 용액을 방사하여 셀룰로오스 필라멘트를 제조하는 단계 등으로 이루어진 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 섬유의 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method of preparing a liquid NMMO solution, comprising: (a) preparing a concentrated liquid NMMO solution; (b) drying and pulverizing the cellulose sheet to prepare a cellulose powder maintained at a constant water content; (c) measuring the additives of the liquid NMMO solution, the cellulose powder and the soybean oil, respectively; (e) injecting the cellulose paste into a biaxial extruder and swelling and dissolving the cellulose paste to prepare a cellulose solution; (f) spinning the cellulose solution to prepare a cellulose filament. The present invention also provides a method for producing a cellulose fiber.
또한, 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 셀룰로오스 섬유를 제공한다. 본 발명에 따라 제조된 셀룰로오스 섬유는 원사의 단면 공극률이 0.5 내지 50%, 더욱 바람직하게는 1 내지 30%인 것을 특징으로 한다. 공극률이 증가하면 절신이 높아지고 내피로도가 증가한다. 공극률이 1% 미만인 경우 내피로도가 떨어져 적절하지 않고, 30% 초과인 경우 섬유의 강도가 감소하여 적절하지 않다.The present invention also provides a cellulose fiber produced by the above production method. The cellulosic fibers produced according to the present invention are characterized in that the cross-sectional porosity of the yarn is 0.5 to 50%, more preferably 1 to 30%. As the porosity increases, the turnover increases and fatigue increases. When the porosity is less than 1%, the fatigue is decreased and it is not appropriate. When the porosity is more than 30%, the strength of the fiber is decreased, which is not suitable.
이하 본 발명에 따른 라이오셀용 고균질 셀룰로오스 용액 및 섬유의 제조 방법에 관하여 첨부한 도면을 참조하여 더욱 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a highly homogeneous cellulose solution for a lyocell according to the present invention and a method for producing the fiber will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 H. Chanzy가 Carbohydrate Polymer 2. (1982)에 발표한 바 있는 NMMO-물 용매 계에서의 물 함량과 온도에 따른 NMMO의 용융점 관련 상변화도를 이용하여 본 발명에서 사용된 NMMO가 액상-고상의 중간상으로부터 액상으로 전개되면서 팽윤, 용해되는 과정을 표현한 것이다. 본 발명에 사용된 86.5중량%의 NMMO는 온도가 약 40 내지 74℃ 범위에서 액상과 고상의 중간상으로 존재함을 H. Chanzy는 ‘OXIDE SYSTEMS' 문헌에서 이미 제시하고 있다. 따라서 본 발명에서는 86.5중량% NMMO가 액상과 고상의 중간상 영역을 띄는 40 내지 74℃에서 별도의 수분을 제거하는 공정이 없이 단지 온도 상승과 전단력을 이용하여 팽윤, 용해시킬 수 있는 새로운 균질 셀룰로오스 용액의 제조 방법을 제안한다.FIG. 1 is a graph showing changes in the melting point-related phase of NMMO depending on the water content and temperature of the NMMO-water solvent system as disclosed by H. Chanzy in Carbohydrate Polymer 2. (1982) - It represents the process of swelling and dissolving as it spreads from the middle phase of the solid phase to the liquid phase. The 86.5 wt.% NMMO used in the present invention is already present in the liquid phase and the solid phase intermediate phase in the range of about 40-74 DEG C, as H. Chanzy has already shown in the OXIDE SYSTEMS document. Therefore, in the present invention, a novel homogeneous cellulose solution which can swell and dissolve by using a temperature rise and a shear force without a process of removing moisture at a temperature of 40 to 74 ° C. in which 86.5% by weight of NMMO has a mid- A manufacturing method is proposed.
도 2는 본 발명의 셀룰로오스 섬유를 제조하는 공정을 개략적으로 도시한 것이다. 도 2에서는 펄프 시트(1)는 닙 롤러(5)에 의해서 견인되어 분쇄기(6)에 공급되어지면 이 때 펄프 시트(1)는 일정 온도로 조정된 건조 챔버(2)를 통과한 후 건조 공기(3)로 냉각하여 25℃로 유지되도록 한다. 닙 롤러(5)를 통과하기 전에 접촉식 수분율 측정장치(4)를 이용하여 수분율이 7%가 넘지 않도록 건조 챔버(2)의 건조 온도를 관리한다. 일반적으로 공급되는 펄프는 수분율이 약 8 내지 10% 수준이나 계절별 습도 및 온도 변화에 따라 분쇄 후 저장조(10)에 저장된 분말 셀룰로오스의 수분율의 편차를 나타낸다. 수분율이 높으면 펄프끼리의 뭉침 현상이 발생되기 쉬워 균질한 용액을 얻기 힘들다. 또한, NMMO/셀룰로오스/물의 조성 편차를 나타내므로 노즐(25)을 통해 방사된 섬유의 굵기 편차도 일으켜 균일한 품질을 가질 수 없다. 나이프가 부착된 분쇄기(6) 내부에 장착된 스크린 시이브의 크기에 따라 분말상 셀룰로오스의 길이를 조절할 수 있으며 500㎛이하의 분말을 사용하는 것이 좋으며 바람직하게는 300㎛ 이하로 하는 것이 좋다. 500㎛ 이상인 경우에는 NMMO와 혼합 시 펄프끼리의 뭉침 현상이 발생하기 쉬워 균질한 용액을 제조하는데 저해 요소로 작용한다. 분쇄기(6)의 스크린 시이브를 통과한 분말상 셀룰로오스는 송풍장치(7)을 통해 백필터(8)로 공급되어 공기는 외부로 배출되고 분말상 셀룰로오스는 로터리 밸브(9)를 통해 분말 셀룰로오스 저장조(10)로 공급된다. 이 분말 셀룰로오스는 정밀 중량식 계량장치(11)를 통해 압출기 내부로 공급되어 진다.2 schematically shows a process for producing the cellulose fiber of the present invention. 2, the pulp sheet 1 is pulled by the nip roller 5 and fed to the pulverizer 6. At this time, the pulp sheet 1 passes through the drying chamber 2 adjusted to a constant temperature, (3) and kept at 25 ° C. The drying temperature of the drying chamber 2 is controlled so that the water content does not exceed 7% by using the contact type moisture content measuring device 4 before passing through the nip roller 5. Generally, the pulp supplied has a moisture content of about 8 to 10%, but exhibits a variation in the moisture content of the powdered cellulose stored in the
25중량% NMMO 수용액은 응고욕(13)과 수세욕(14)으로부터 회수된 조정조(15)로부터 제조되어 지며, 조정조(15)와 응고욕(13)은 연속적으로 교환되어지며, 순수와 50중량% NMMO에 의하여 농도가 유지되어 진다. 제조되어진 25중량% NMMO 수용액은 이온교환수지를 이용하는 정제탑(17)로 공급되어 이온물질과 탄화 불순물이 제거되어 농축탑의 공급조(18)에 저장된다. 다시 농축탑 공급조로부터 3개의 박막 강하형 농축탑(19)으로 순차적으로 정량 공급되어 최종 86.5중량% NMMO 수용액으로 제조되어진다. 86.5중량%로 농축된 NMMO는 90℃로 유지된 자켓식 저장조(20)로 공급되어지면 기어펌프(21)를 통해 압출기로 정량 공급되어진다.The 25 wt% NMMO aqueous solution is produced from a
소이빈 오일(soybean oil)의 첨가제는 분자 구조 내에 에폭시기를 최소 3개 이상, 최대 15개 이하를 포함하며, 최소 10개 이상의 탄소수를 가지는 알킬기 체인을 3개 이상 가지는 구조이며, 상기 첨가제가 셀룰로오스 용액 총량 대비 5% 이하로 첨가된다. 에폭시기가 3개 미만, 15개 초과이거나, 10개 미만의 탄소수를 가지는 알킬기 체인을 포함하거나, 알킬기 체인을 3개 미만으로 포함하는 첨가제는 셀룰로오스 섬유의 강도를 저하시키므로 바람직하지 않고, 5%를 초과하는 첨가제 역시 셀룰로오스 섬유의 강도를 저하시키므로 바람직하지 않다. 쌍축 압출기의 내부온도는 50℃에서부터 100℃ 범위까지 조정함으로써 온도 상승과 전단력에 의해 완전 팽윤 단계를 거친 후 용해되어 진다. 용해된 셀룰로오스 용액은 필터(24)를 통과하고 노즐(25)을 통해 토출된 용액은 수세(16), 건조(26)를 거친 후 셀룰로오스 섬유로 형성된다.The additive for soybean oil is a structure having at least three and no more than 15 epoxy groups in the molecular structure and at least three alkyl group chains having at least 10 carbon atoms and the additive is a cellulose solution Is added in an amount of 5% or less based on the total amount. An additive comprising an alkyl group having less than 3, more than 15, or less than 10 carbon atoms in the epoxy group or containing less than 3 alkyl chain is undesirable because it lowers the strength of the cellulose fiber, Are also undesirable because they degrade the strength of the cellulose fibers. The internal temperature of the twin-screw extruder is adjusted from 50 ° C to 100 ° C to dissolve after complete swelling by temperature rise and shear force. The dissolved cellulose solution passes through the
도 3은 본 발명의 셀룰로오스 용액 제조 방법을 간단히 도시한 개략 공정도이다.3 is a schematic process drawing briefly showing a method for producing a cellulose solution of the present invention.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하나 하기 실시예에 의해 본 발명이 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to Examples, but the present invention is not limited by the following Examples.
실시예에서 제조된 용액과 섬유는 다음과 같은 방법으로 평가하였다.The solutions and fibers prepared in the examples were evaluated in the following manner.
(a) 중량 평균 중합도(DPw)(a) Weight average degree of polymerization (DPw)
용해한 셀룰로오스의 고유점도[IV]는 우베로드점도계를 이용하여 ASTM D539-51T에 따라 만들어진 0.5M 큐프리에틸렌디아민 히드록사이드용액으로 25℃에서 0.1내지 0.6 g/dl의 농도범위에서 측정하였다. 고유점도는 비점도를 농도에 따라 외삽하여 구하며 이를 마크-호우윙크의 식에 대입하여 중합도를 구한다.The intrinsic viscosity [IV] of the dissolved cellulose was measured in a concentration range of 0.1 to 0.6 g / dl at 25 DEG C with a 0.5 M cupriethylenediamine hydroxide solution prepared according to ASTM D539-51T using a Ube load viscometer. The intrinsic viscosity is obtained by extrapolating the non-viscosity according to the concentration and substituting this into the Mark-Houwink equation to determine the degree of polymerization.
[IV] = 0.98- 2DPw0 .9 [IV] = 0.98 - 2 DPw 0 .9
(b) 공극률(%)(b) porosity (%)
원사 단면을 SEM으로 촬영한 사진으로 단면 직경 면적에 대한 공극의 단면적으로 산출한다.The section of the yarn was photographed by SEM and calculated as the cross-sectional area of the void relative to the cross-sectional diameter area.
공극률(%) = 공극의 총 단면적/원사 단면적 X 100Porosity (%) = total cross-sectional area of void / yarn
<실시예 1~2> ≪ Examples 1-2 >
중량 평균 중합도가 960 내지 980인 셀룰로오스 시트(Buckeye사 V-81)를 건조 챔버를 통과하여 6.5 내지 10%의 수분율로 조절한 다음 250㎛의 스크린 시이브가 장착된 분쇄기를 통해 직경 200㎛ 이하이고 수분율이 3.5 내지 7%의 셀룰로오스 분말을 제조하고, 박막강하 농축탑을 통해 86.5중량%로 농축된 90℃의 액상 NMMO를 기어 펌프를 통해 동방향 쌍축 압출기에 주입한다. 이 때, 농축과정에서 농축 액상 NMMO에 대해 산화방지제를 0.001중량%를 첨가하여 용해시킨다. 셀룰로오스 분말은 정밀 중량식 계량 장치로 정량한 다음 동방향 쌍축 압출기에 주입하여 셀룰로오스 도프 최종 농도가 11중량%가 되게 한다. 이 때 첨가제로 분자 구조 내에 에폭시기를 10개 포함하며, 15개의 탄소수를 가지는 알킬기 체인을 3개 가지는 Soybean Oil을 첨가하여 도프를 제조한다. 첨가제는 도프 전체 중량 대비 0.6 내지 3.0중량%를 첨가한다. 이 때, 사용된 쌍축 압출기는 직경 47mmφ이며 최초 공급부의 바렐 온도는 75℃, 최종 배출부의 바렐 온도는 95 내지 105℃로 유지하여 팽윤 및 용해시킨 후 필터를 통과하고 기어 펌프를 통해 노즐로 공급하였다. 이 때 용액의 균질성 평가를 위해 쌍축 압출기에서 배출된 직후의 용액 이송라인에서 샘플링을 실시하였다. 필요에 따라 실시된 방사조건은 산업용 섬유에 적용성이 높은 조건으로 실시하였다. 오리피스 직경이 150㎛이고, 오리피스 간격이 1.5mm이며, 오리피스 개수가 900개인 노즐을 사용하여 배출하였다. 공기층 길이는 80mm로 유지하였으며, 이 때 공기층에서 필라멘트에 불어주는 냉각 공기의 온도와 상대습도는 각각 20℃, 45RH%였으며, 풍속은 10m/sec로 조절하였다. 공기층에서 응고욕으로 유입된 필라멘트는 수세, 건조, 유제 처리를 거쳐 권취하였으며 최종 수득된 멀티 필라멘트의 섬도는 1500데니어로 조절하였다. 이때, 응고액 농도는 25중량% NMMO수용액, 응고액 온도는 20℃로 하였다. 제조된 셀룰로오스 용액 및 섬유의 특성을 평가하여 하기 표 1에 나타내었다.A cellulose sheet having a weight-average degree of polymerization of 960 to 980 (Buckeye V-81) was passed through a drying chamber and adjusted to a moisture content of 6.5 to 10%, and then passed through a pulverizer equipped with a screen- A cellulose powder having a moisture content of 3.5 to 7% is prepared, and liquid NMMO at 90 ° C, which is concentrated to 86.5% by weight through a thin film concentrating tower, is injected into a coaxial twin-screw extruder through a gear pump. At this time, 0.001% by weight of an antioxidant is added to and dissolved in concentrated liquid NMMO in the concentration process. The cellulose powder is quantitatively measured with a precision weight measuring device and then injected into a coaxial twin-screw extruder in the same direction so that the final concentration of cellulose dope becomes 11% by weight. At this time, soybean oil having 10 epoxy groups in the molecular structure and three alkyl chain having 15 carbon atoms is added as an additive to prepare a dope. The additive is added in an amount of 0.6 to 3.0% by weight based on the total weight of the dope. At this time, the biaxial extruder used was swollen and dissolved by keeping the barrel temperature of the initial supply part at 75 DEG C and the barrel temperature at the final discharge part at 95 to 105 DEG C, then passed through the filter and supplied to the nozzle through the gear pump . At this time, for the homogeneity evaluation of the solution, sampling was performed on the solution transfer line immediately after being discharged from the twin-screw extruder. The spinning conditions were applied as needed to industrial fibers. A nozzle having an orifice diameter of 150 mu m, an orifice gap of 1.5 mm and an orifice number of 900 was used. The length of the air layer was maintained at 80 mm. The temperature and relative humidity of the cooling air blown to the filament in the air layer were 20 ° C. and 45 RH%, respectively, and the air velocity was adjusted to 10 m / sec. The filaments flowing into the coagulating bath from the air layer were washed, washed, dried and emulsified. The fineness of the resulting multifilament was adjusted to 1500 denier. At this time, the concentration of the coagulating solution was 25% by weight of NMMO aqueous solution, and the coagulating solution temperature was 20 캜. The properties of the prepared cellulose solution and fiber were evaluated and are shown in Table 1 below.
<비교예 1>≪ Comparative Example 1 &
첨가제 투입 없이 실시예 1과 동일한 방법을 사용하였다. 제조된 셀룰로오스 용액 및 섬유의 특성을 평가하여 하기 표 1에 나타내었다.Without adding additives The same method as in Example 1 was used. The properties of the prepared cellulose solution and fiber were evaluated and are shown in Table 1 below.
도 4 내지 5는 실시예 1 및 비교예 1에 따른 섬유 단면의 SEM 사진이다.Figs. 4 to 5 are SEM photographs of fiber cross-sections according to Example 1 and Comparative Example 1. Fig.
(%)Porosity
(%)
절신(%)Yarn
Doubt (%)
이상에서, 본 발명은 비록 한정된 실시예들과 도면들에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention.
1 : 펄프 시트
2 : 건조 챔버
3 : 건조 공기
4 : 접촉식 수분율 측정장치
5 : 닙 롤러
6 : 분쇄기
7 : 송풍장치
8 : 백필터
9 : 로터리 밸브
10 : 저장조
11 : 중량식 계량장치
13 : 응고욕
14 : 수세욕
15 : 조정조
16 : 수세조
17 : 정제탑
18 : 공급조
19 : 농축탑
20 : 자켓식 저장조
21 : 기어펌프
23 : 쌍축 압출기
24 : 필터
25 : 노즐
26 : 건조기1: pulp sheet 2: drying chamber
3: Dry air 4: Contact type water content measuring device
5: nip roller 6: crusher
7: blower 8: bag filter
9: Rotary valve 10: Storage tank
11: Weight type weighing device
13: Coagulation bath 14: Washing bath
15: regulating tank 16: water tank
17: refining tower 18: feed tank
19: concentrated tower 20: jacketed storage tank
21: Gear pump
23: Twin screw extruder 24: Filter
25: nozzle 26: dryer
Claims (4)
(a) 농축된 액상 NMMO 용액을 제조하는 단계;
(b) 셀룰로오스 시트를 건조, 분쇄하여 1 내지 10% 수분으로 유지된 셀룰로오스 분말을 제조하는 단계;
(c) 상기 액상 NMMO 용액과 셀룰로오스 분말 및 소이빈 오일(soybean oil)의 첨가제를 쌍축 압출기에 주입하여 팽윤, 용해시켜 셀룰로오스 용액을 제조하는 단계;
(d) 상기 셀룰로오스 용액을 방사하여 셀룰로오스 필라멘트를 제조하는 단계를 포함하는 셀룰로오스 섬유의 제조방법.A method for continuously producing cellulose fibers using an N-methylmorpholine N-oxide (NMMO) / water mixed solvent,
(a) preparing a concentrated liquid NMMO solution;
(b) drying and pulverizing the cellulose sheet to prepare a cellulose powder maintained at 1 to 10% moisture;
(c) injecting the liquid NMMO solution, cellulose powder and soybean oil additives into a biaxial extruder, swelling and dissolving the solution to prepare a cellulose solution;
(d) spinning the cellulose solution to prepare a cellulose filament.
상기 소이빈 오일(soybean oil)의 첨가제는 분자 구조 내에 에폭시기를 최소 3개 이상, 최대 15개 이하를 포함하며, 최소 10개 이상의 탄소수를 가지는 알킬기 체인을 3개 이상 가지는 구조이며, 상기 첨가제가 셀룰로오스 용액 총량 대비 5% 이하로 첨가되는 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 섬유의 제조방법.The method according to claim 1,
The additive for the soybean oil is a structure having at least three and no more than 15 epoxy groups in the molecular structure and at least three alkyl group chains having at least 10 carbon atoms and the additive is a cellulose By weight based on the total weight of the solution.
상기 용액은 소이빈 오일(soybean oil)의 첨가제를 용액 총량 대비 5% 이하로 함유하고, 아래의 단계를 거쳐 제조되는 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 용액.
(a) 농축된 액상 NMMO 용액을 제조하는 단계;
(b) 셀룰로오스 시트를 건조, 분쇄하여 1 내지 10% 수분으로 유지된 셀룰로오스 분말을 제조하는 단계;
(c) 상기 액상 NMMO 용액과 셀룰로오스 분말을 소이빈 오일(soybean oil)의 첨가제를 첨가하여 쌍축 압출기에 주입하여 팽윤, 용해시키는 단계;
In a cellulose solution prepared by using N-methylmorpholine N-oxide (NMMO) / water mixed solvent,
Characterized in that the solution contains not more than 5% of the additive of soybean oil in the total amount of the solution and is prepared by the following steps.
(a) preparing a concentrated liquid NMMO solution;
(b) drying and pulverizing the cellulose sheet to prepare a cellulose powder maintained at 1 to 10% moisture;
(c) adding the liquid NMMO solution and the cellulose powder to a twin-screw extruder by adding an additive of soybean oil to swell and dissolve the liquid NMMO solution;
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KR20060073137A (en) * | 2004-12-24 | 2006-06-28 | 주식회사 효성 | A solution containing cellulose dissolved in n-methylmorpholine-n-oxide and high tenacity lyocell multifilament using the same |
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