KR20010061107A - 전처리펄프를 사용한 셀룰로오스 용액의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 셀룰로오스 펄프를 열수에 의해 전처리하여 팽윤시키는 단계, 전단계에 의해 팽윤된 펄프를 NMMO수용액에 용해시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 용액의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 의해 제조된 셀룰로오스 용액은 매우 균질하고 투명하므로 추가 공정에 의해 고품질의 셀룰로오스 섬유, 분리막 또는 필름제조에 바로 적용될 수 있다.

Description

전처리펄프를 사용한 셀룰로오스 용액의 제조방법 {Preparation for Celluose Solution using Pretreated Pulp}

본 발명은 전처리펄프를 사용한 셀룰로오스 용액의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 셀룰로오스 펄프를 열수(hot water)로 처리하여 팽윤시키는 단계를 포함하고, 셀룰로오스 펄프에 가장 좋은 용매로 알려진 13%의 N-메틸모폴린-N-옥사이드(N-methylmorpholine-N-oxide, NMMO) 수용액에 전처리된 셀룰로오스 펄프를 용해시켜 섬유나 필름제조에 적당한 균질하고 투명한 셀룰로오스 용액을 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 셀룰로오스 용액은 셀룰로오스 섬유나 셀룰로오스 필름제조에 사용되는 것으로, 미국특허 제 1,179,181호에서 3급 아민옥사이드계 용매를 사용하여 셀룰로오스 펄프를 용해하는 방법이 제안된 이래로 계속하여 셀룰로오스 용액의 제조방법이 개발되고 있다.

미국특허 제 4,142,913호, 제 4,144,080호, 제 4,145,532호, 제 4,196,282호에는 NMMO수용액에 셀룰로오스 펄프를 투입하여 팽윤시킨 후 감압상태에서 수분을 제거하여 최적의 용해조건을 만들어 셀룰로오스 펄프를 용해하는 방법이 제시되어있다. 그러나 미국특허 제 4,142,913호의 방법에서는 수분함량이 낮은 NMMO로 직접 셀룰로오스펄프를 용해시키는데 팽윤이 충분하지 못하여 NMMO가 셀룰로오스의 내부까지 침투되지 않아 용해될 수 없는 문제점이 발생할 수 있다.

한편, 팽윤이 일어날 수 있는 정도의 수분함량을 지닌 NMMO의 경우에는 계속 감압과 동시에 수화도를 낮추면서 셀룰로오스를 용해시켜야 하므로 공정시간이 길어지며 에너지 소모가 많고 아울러 장치가 복잡해진다.

미국특허 제 4,246,221호, 제 4,416,698호 및 제 5,216,144호에서는 과량의 수분이 함유되어 있는 NMMO 수용액을 사용하고 감압시켜 수분을 제거하는 방법을 채택하고 있는데, 이러한 방법은 공정시간이 더 길어지면서 셀룰로오스의 중합도가 현저하게 감소하는 문제점을 내포한다.

또한, 미국 특허 제 4,211,574호는 10% 정도의 수분 함유량을 가진 NMMO 수용액으로 셀룰로오스펄프를 용해시키는 방법을 제시하고 있는데, 이 경우에는 용해성이 감소하여 용해되지 않고 표면에 미용해 셀룰로오스 펄프가 뜨서 균질한 셀룰로오스 용액을 얻는 것이 어렵다. 따라서 표면에 뜨는 미용해 셀룰로오스 펄프를 제거하는 공정이 부가적으로 필요하게 되고, 셀룰로오스 섬유의 방사액을 사용될 때 방사공정에서 문제가 발생할 수가 있다.

상술한 바와 같이, 기존의 셀룰로오스 용액 제조방법에서는 수화도가 낮은 NMMO 수용액을 사용하는 경우에는 완전히 용해된 셀룰로오스 용액을 제조하기 어려울 뿐만 아니라, 균질한 셀룰로오스 용액을 얻기 어렵고, 이와 반대로 수화도가 높은 NMMO수용액을 사용하는 경우에는 수화도를 낮추기 위하여 시간과 에너지가 많이들고 셀룰로오스의 중합도가 현저하게 감소하는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상술한 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 셀룰로오스 펄프를 열수로 전처리하여 팽윤시키고 난 뒤 적정 수화도의 NMMO수용액에 셀룰로오스 펄프를 완전 용해시키는 것을 특징으로 하고 균질하고 투명한 셀룰로오스 용액의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 셀룰로오스 펄프를 열수에 의해 전처리하여 팽윤시키는 단계와 전단계에 의해 완전히 팽윤된 셀룰로오스 펄프를 NMMO수용액에 녹이는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 용액의 제조 방법에 관한 기술이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

셀룰로오스 용액을 제조하는 경우에는 일차로 셀룰로오스 시트를 일정한 크기의 보드 형태로 자른 후, 상온에서, 보다 좋게는 50∼95℃ 온도에서 열수에 의해 전처리하여 완전히 팽윤시킨다. 이때 펄프의 Wet pick-up이 75%이하이면 팽윤이 충분히 일어나지 못하여 용해가 완전하게 되지 않게 되고 또한 200%이상이면 팽윤에 의한 펄프의 용해성 증가에 별다른 도움이 되지 못한다.

열수에 의한 셀룰로오스 보드의 처리시간은 5초∼10분으로 하는 것이 바람직하다.

이어서, 상기에서 팽윤시킨 셀룰로오스 보드를 NMMO수용액이 들어있는 스터틱믹서(static mixer)에 투입하여 용해시키는데, 이때 가열온도는 60∼130℃, 더욱바람직하게는 70∼120℃, 가장 바람직하게는 90∼100℃로 유지하는 것이 좋다.

이와 같이 하여 제조된 셀룰로오스 용액은 연속적인 가공공정을 추가하면 셀룰로오스 섬유, 분리막 또는 필름의 제조에 바로 적용될 수 있다. 일례로, 이 용액을 건습식방사하여 필라멘트를 제조하는 경우에는 에어갭(Air Gap)의 높이는 10∼15cm, 연신비 5∼10배로 하고 응고액의 조성은 물 70∼90%, NMMO 10∼30%로 할 수 있다. 이 때 방사된 펠라멘트사를 넬슨롤러에서 연속적으로 가교시키면 피브릴레이션이 감소되고 고강력의 필라멘트사를 제조할 수 있다. 넬슬롤러에 의해 가교시킨 후, 건조기로 건조시켜 필라멘트사를 권취한다.

이하에서 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명하나, 이는 단지 설명의 목적만을 위한 것으로 첨부된 본원발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

<실시예>

본 실시예에서 셀룰로오스의 중합도 측정방법은 다음과 같다. 셀룰로오스의 고유점도(IV)는 ASTMD539-51T에 의거 각 농도에 대한 비점도의 값에 대한 관계로부터, 하기 수학식 1을 이용하여 측정하였다. 셀룰로오스의 중합도는 수학식 1로부터 구한 고유점도와 중합도와의 관계를 나타내는 하기 수학식 2에 의해 산출하였다.

DP = 1.71×10²IV^1.1

<실시예 1>

시트형태인 셀룰로오스 펄프(Buckeye Cellulose Corporation, Grade V-5S, 중합도; 1643)를 3mm×3mm의 크기로 잘라 85℃에서 열수처리하여 펄프대비 120wt%의 중량 증가가 있게 하였다. 이렇게 처리한 셀룰로오스 펄프를 87%의 NMMO수용액 대비 10wt%가 되게 하여 함께 스터틱 믹서에 투입하였다. 이때 스터틱 믹서내의 온도는 95℃로 일정하게 유지하였다. 이렇게 제조된 셀룰로오스 용액의 중합도는 1460이었으며 편광현미경을 이용하여 용액을 관찰한 결과 미용해 셀룰로오스가 전혀 없는 균질한 용액이 얻어졌다.

<실시예 2>

중합도가 1192인 셀룰로오스(Buckeye Cellulose Corporation, Grade V-81)를 사용하고 용해온도를 90℃로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 셀룰로오스 용액을 제조하였다. 이렇게 제조된 셀룰로오스 용액의 중합도는 1080이었으며 편광현미경을 이용하여 용액을 관찰한 결과 미용해 셀룰로오스가 전혀 없는 균질한 용액이 얻어졌다.

<실시예 3>

중합도가 819인 셀룰로오스(Buckeye Cellulose Corporation, Grade V-60)를 사용하고 용해온도를 85℃로 변경한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로실시하여 셀룰로오스 용액을 제조하였다. 이렇게 제조된 셀룰로오스 용액의 중합도는 778이었으며 편광현미경을 이용하여 용액을 관찰한 결과 미용해 셀룰로오스가 전혀 없는 균질한 용액이 얻어졌다.

<실시예 4>

중합도가 819인 셀룰로오스(Buckeye Cellulose Corporation, Grade V-60)를 사용하고 용해온도를 95℃로 변경한 것과 셀룰로오스 펄프를 87% NMMO수용액 대비 15wt%가 되게 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 셀룰로오스 용액을 제조하였다. 이렇게 제조된 셀룰로오스 용액의 중합도는 747이었으며 편광현미경을 이용하여 용액을 관찰한 결과 미용해 셀룰로오스가 전혀없는 균질한 용액이 얻어졌다.

<비교예 1>

열수에 의하여 전처리하는 공정을 거치지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 셀룰로오스 용액을 제조하였다. 이렇게 제조된 셀룰로오스 용액을 편광현미경으로 관찰한 결과 미용해 셀룰로오스 섬유가 다량 존재하였다.

<비교예 2>

열수에 의하여 전처리하는 공정을 거치지 않은 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방법으로 셀룰로오스 용액을 제조하였다. 이렇게 제조된 셀룰로오스 용액을 편광현미경으로 관찰한 결과 미용해 셀룰로오스 섬유가 다량 존재하였다.

본 발명에 의하면, 셀룰로오스 용해 공정 중에 감압하여 수분을 제거할 필요없이 매우 균질하고 투명한 셀룰로오스 용액을 제조할 수 있고, 이렇게 얻어지는 셀룰로오스 용액은 추가공정에 의해 고품질의 셀룰로오스 섬유, 분리막 또는 필름제조에 바로 적용될 수 있다.

Claims (3)

1. 셀룰로오스 용액을 제조함에 있어서, 셀룰로오스 펄프를 열수에 의해 전처리하여 팽윤시키는 단계와 상기 단계에 의해 완전히 팽윤된 셀룰로오스 펄프를 NMMO수용액에 녹이는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 용액의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서, 50∼95℃의 온도에서 열수에 의해 팽윤시킨 셀룰로오스 펄프를 이용하는 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 용액의 제조방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 열수에 의해 전처리 할 때의 펄프의 웨트피크업(wet pick-up)이 75∼200%인 것을 특징으로 하는 셀룰로오스 용액의 제조방법.