WO2017116117A1 - 라이오셀 섬유 및 이의 제조방법 - Google Patents

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WO2017116117A1
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ethyl
imidazolium
circle
section
lyocell
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PCT/KR2016/015333
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진상우
김우철
조용관
정종철
이상열
이상목
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코오롱인더스트리 주식회사
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    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
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    • D—TEXTILES; PAPER
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    • D01D10/00—Physical treatment of artificial filaments or the like during manufacture, i.e. during a continuous production process before the filaments have been collected
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    • D—TEXTILES; PAPER
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    • D01D5/06—Wet spinning methods
    • D—TEXTILES; PAPER
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    • D01F2/00—Monocomponent artificial filaments or the like of cellulose or cellulose derivatives; Manufacture thereof
    • D—TEXTILES; PAPER
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    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F2/00—Monocomponent artificial filaments or the like of cellulose or cellulose derivatives; Manufacture thereof
    • D01F2/02—Monocomponent artificial filaments or the like of cellulose or cellulose derivatives; Manufacture thereof from solutions of cellulose in acids, bases or salts
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
    • D10B2201/00—Cellulose-based fibres, e.g. vegetable fibres
    • D10B2201/20—Cellulose-derived artificial fibres
    • D10B2201/22—Cellulose-derived artificial fibres made from cellulose solutions

Definitions

  • the present invention relates to lyocell fibers, and more particularly, to lyocell fibers having a release cross section.
  • Fiber refers to a natural or artificial filiform object that is pliable and thin in shape and has a large ratio of length to thickness. These fibers can be divided into long fibers, brisket fibers, and short fibers in terms of their shape, and can be divided into natural fibers and artificial fibers in terms of raw materials.
  • the regenerated fibers in these artificial fibers not only have excellent touch and fit, but also have a much faster moisture absorption and discharge ability than cotton, and thus have been widely used as raw materials for coating.
  • the rayon fiber of the regenerated fiber has excellent gloss and color development and can realize a touch equivalent to that of natural fibers, and has been widely used in the past because it is recognized as a material harmless to the human body.
  • rayon fiber has the characteristics of a material that shrinks and wrinkles well, and the manufacturing process is complicated and many chemicals are used in melting wood pulp, thereby preventing environmental pollution during work and wastewater treatment. There are limitations that cause.
  • lyocell fibers manufactured from natural pulp and amine oxide hydrate were introduced.
  • NMMO natural pulp and amine oxide hydrate
  • These lyocell fibers have superior fiber properties such as tensile and tactile properties compared to conventional recycled fibers, and do not generate any contaminants in the production process, and are eco-friendly as amine oxide solvents are recyclable and biodegradable at disposal.
  • lyocell fibers which are usually manufactured using amine oxide hydrates as solvents, are limited in form to their cross-sections, so there are many constraints to maximize the advantages of natural fibers and synthetic fibers.
  • studies have been made on lyocell fibers having a release cross section.
  • lyocell fibers are manufactured by NMMO wet-wet solution spinning using amine oxide hydrate as a solvent, in the process of uncoagulated stretching in air in an air gap after the spinning solution is discharged through a spinning nozzle Since the cross-sectional shape tends to be close to a stable circle, the space occupancy is more damaged than the shape of the nozzle.
  • the present invention is to provide a lyocell fiber with a large specific surface area and a method of manufacturing the same by maximizing the shape change of the release cross-section.
  • the release cross-section lyocell fiber of the present invention comprises a lyocell multifilament prepared by spinning a lyocell spinning dope containing cellulose pulp and an ionic solvent, wherein the multifilament is composed of a monofilament whose cross section is a release cross section.
  • the release cross section of the monofilament includes a plurality of protrusions, the plurality of protrusions contacting a virtual first circle and a virtual second circle included in the virtual first circle, wherein the virtual first circle It is characterized in that it is formed integrally with two circles as a center and its end is in contact with the virtual first circle.
  • the release section of the monofilament is preferably a degree of release 1.5 to 10 defined by the following equation (1).
  • r1 is the radius of the imaginary first circle
  • r2 is the radius of the imaginary second circle
  • the lyocell fibers have a fineness of 1 to 30 denier, the radius of the imaginary first circle is 4 to 40 ⁇ m, and the radius of the imaginary second circle is 2 to 14 ⁇ m.
  • the lyocell fiber may have a space occupancy of 200 to 600% defined by Equation 2.
  • S1 is the imaginary first circle area and S2 is the cross-sectional area of the monofilament contained in the lyocell fiber.
  • Spinning dope manufacturing step (S1) for producing a lyocell spinning dope comprising a cellulose pulp and an ionic solvent
  • the lyocell multifilament thus made is composed of a monofilament whose cross section is a release cross section, and the release cross section of the monofilament includes a plurality of protrusions, the plurality of protrusions being a virtual first circle and the virtual first circle. It is in contact with the imaginary second circle contained in the interior of the imaginary second circle is formed integrally with the end thereof has a shape in contact with the imaginary first circle, the heteromorphic cross-sectional ratio of the shape You can raise.
  • the cellulose pulp in the spinning dope manufacturing step (S1) is preferably an alpha-cellulose content of 85 to 98%.
  • the ionic solvent is Dibutyl imidazolium acetate, Dipentyl imidazolium acetate, Dihexyl imidazolium acetate, Dipropyl imidazolium octano Dipropyl imidazolium octanoate, Dibutyl imidazolium octanoate, 1-Ethyl-3-methyl imidazolium heptanoate, 1-ethyl- 1-Ethyl-3-methyl imidazolium octanoate, 1-ethyl-3-methylimidazolium nonanoate, 1-ethyl- 3-Methylimidazolium decanoate, 1-Ethyl-3-methy imidazolium undecanoate, 1-Ethyl-3-methy imidazolium decanoate 3-methylimidazolium dodecanoate (1-Ethyl-3-methy imidazolium dodecanoate,
  • the lyocell spinning dope is 6 to 25% by weight of the cellulose pulp; And 75 to 94% by weight of the ionic solvent, and the ionic solvent contained in the coagulating solution in the spinning and solidifying step (S2) is an aqueous solution having a concentration of 20 to 70% of the ionic compound. It is preferable that the temperature of the said coagulating liquid is 30-80 degreeC.
  • the present invention it is possible to provide a lyocell fiber having a large specific surface area and a method of manufacturing the same by maximizing the shape change of the release cross-section, and the release cross-section lyocell fiber of the present invention is used for reinforcement materials in clothing, construction or automobile fields. Therefore, even when using a smaller amount than the conventional lyocell fibers can exhibit the same level or more of physical properties.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a release cross section of the monofilament included in the release cross-section lyocell fiber according to an embodiment of the present invention.
  • Figure 2 is a photograph showing a cross section of the lyocell fiber prepared according to Example 1 of the present invention.
  • the present invention includes a lyocell multifilament prepared by spinning a lyocell spinning dope comprising a cellulose pulp and an ionic solvent, wherein the multifilament is made of a monofilament having a cross-sectional cross-section, the release of the monofilament
  • the cross-section includes a plurality of protrusions, wherein the plurality of protrusions are in contact with a virtual first circle and a virtual second circle included in the virtual first circle, the ends of which are in contact with the virtual first circle. It provides a release cross-section lyocell fiber characterized by having a shape in contact with.
  • the release cross section means a shape in which the cross section of the monofilament includes a plurality of protrusions, and specifically, as shown in FIG. 1, a plurality of protrusions 2 formed integrally with respect to one central part 1. It means a cross section having a shape.
  • the release cross section includes a virtual first circle 11 connecting the end points of each of the plurality of protrusions 2 and a virtual second circle 12 included in the virtual first circle 11. Its size and shape can be defined within the range of.
  • the virtual first circle 11 is a circle whose radius is larger than that of the virtual second circle 12, and preferably, the centers may be the same as each other, but may not be the same.
  • the release cross section includes a plurality of protrusions 2, and the plurality of protrusions 2 are integrally formed with the central portion 1 overlapping with the virtual second circle 12, but each end of each of the protrusions is formed.
  • (5) has the long axis (3) of the projection (2) in contact with the imaginary first circle 11, the concave portion (4) formed between the projections has a shape in contact with the imaginary second circle (12). .
  • the release cross section may include three protrusions.
  • the release cross section of the monofilament is preferably a degree of release 1.5 to 10 defined by the following equation (1).
  • r1 is the radius of the imaginary first circle
  • r2 is the radius of the imaginary second circle
  • the release degree of the release cross section may be advantageous to have a specific surface area larger than 10, but having a release degree of about 5 to 9.7 may have a larger surface area increase effect than a conventional filament having a circular cross section.
  • the degree of release may be implemented to 5.87 or more and 9.6 or less.
  • the fineness of the lyocell fibers is 1 to 30 denier
  • the radius of the imaginary first circle is 4 to 40 ⁇ m
  • the radius of the imaginary second circle is 2 to 14 ⁇ m. If the radius of the imaginary first circle or the radius of the imaginary second circle does not fall within the above range, since the fineness of the monofilament is excessively reduced, the ejection speed and pressure are so low that the filament cannot be radiated so that the filament itself is not formed. If the above range is not exceeded, solvent extraction may not be performed smoothly, resulting in affixing, and thus, a limitation in that a uniform cross-sectional shape of the filament cannot be formed.
  • the monofilament included in the lyocell fiber according to the present invention has a heteromorphic cross section as described above, and the lyocell fiber may have a space occupancy of 200 to 600% defined by Equation 2.
  • Space occupancy (%) (area of virtual first circle / cross-sectional area of monofilament contained in lyocell fibers) ⁇ 100
  • the space occupancy means the proportion of the space that the monofilament substantially occupies in the fiber due to the projection of the release cross section. That is, when the cross section of the monofilament contained in the lyocell fiber is a circular cross section, since the cross-sectional area of the actual monofilament is equal to the area of the imaginary first circle, the space occupancy defined as above is 100%, but includes protrusions. In the case of a fiber having a release cross section, the actual area occupied by the fiber is increased by the projections. Therefore, it can be seen that as the space occupancy increases, the specific surface area of the fiber increases.
  • the lyocell fiber of the present invention has a specific surface area of at least 220%, preferably at least 250%, in terms of excellent properties such as bulging properties, interfacial adhesion properties, and quick drying properties. It can be represented, according to an embodiment of the present invention can be implemented from 426.3% to 574.1%.
  • Spinning dope manufacturing step (S1) for producing a lyocell spinning dope comprising a cellulose pulp and an ionic solvent; Spinning and solidification for spinning the spinning dope into a multifilament inside the coagulating liquid containing the ionic solvent through a spinning nozzle having a plurality of release cross-sectional grooves and at the same time solidifying the radiated multifilament inside the coagulating liquid Step S2; And washing the spun and solidified multifilament (S3).
  • the lyocell multifilament thus made is composed of a monofilament whose cross section is a release cross section, and the release cross section of the monofilament includes a plurality of protrusions, the plurality of protrusions being a virtual first circle and the virtual first circle. It is in contact with the imaginary second circle contained in the interior of the imaginary second circle as a central unit is formed integrally and the end thereof has a shape in contact with the imaginary first circle, the release cross-sectional ratio of the shape It can be increased.
  • Step (S1) is a spinning dope manufacturing step for producing a lyocell spinning dope comprising a cellulose pulp and an ionic solvent.
  • the lyocell spinning dope is 6 to 25% by weight of cellulose pulp; And it may include 75 to 94% by weight of the ionic solvent, the cellulose pulp is preferably an alpha-cellulose content of 85 to 98% by weight, more preferably 600 to 1700 degree of polymerization (DPw).
  • the viscosity of the prepared spinning dope is low, so that it is difficult to realize a fibrous form during spinning. Can be lowered and difficult to dissolve.
  • the content of the ionic solvent in the lyocell spinning dope is less than 75% by weight, the dissolution viscosity is greatly increased, so that the dischargeability from the nozzle and difficulty in extracting the solvent occur, which is not preferable. Can be significantly lowered, making it difficult to produce uniform fibers in the spinning step.
  • the ionic solvent is Dibutyl imidazolium acetate, Dipentyl imidazolium acetate, Dihexyl imidazolium acetate, Dipropyl imidazolium octano Dipropyl imidazolium octanoate, Dibutyl imidazolium octanoate, 1-Ethyl-3-methyl imidazolium heptanoate, 1-ethyl- 1-Ethyl-3-methyl imidazolium octanoate, 1-ethyl-3-methylimidazolium nonanoate, 1-ethyl- 3-Methylimidazolium decanoate, 1-Ethyl-3-methy imidazolium undecanoate, 1-Ethyl-3-methy imidazolium decanoate 3-methylimidazolium dodecanoate (1-Ethyl-3-methy imidazolium dodec
  • Step (S2) is a step of discharging the lyocell spinning dope spun in the step (S1) from the spinning nozzle of the spinneret into the coagulating solution of the coagulation bath, and solidifying the discharged multifilament inside the coagulating solution.
  • the temperature of the spinning dope may be 30 ⁇ 90 °C.
  • a plurality of detention holes are formed in the spinneret, and the shape of the detention hole may be set in various shapes in consideration of the shape of the deformed section to manufacture the area of the hole and the size of the slit according to the use and shape thereof.
  • the number of the detention holes may be formed in the range of 300 to 50,000 in consideration of the number of monofilaments forming the multifilament which is the fiber to be manufactured.
  • the discharge zone is positioned toward the inside of the coagulating liquid, so that the multifilament discharged through the spinning nozzle is solidified inside the coagulating liquid as soon as the spinning dope is discharged, and is discharged through the nozzle. It is preferable to proceed with coagulation in a state where the shape at the time of being maintained as possible.
  • the ionic solvent contained in the coagulation solution is advantageous to use the same type as the ionic solvent of step (S1) in terms of recovery and recycling of the solvent, but in the coagulation solution ionic It is preferable that the concentration of the compound is an aqueous solution of 20 to 70%.
  • the concentration of the ionic compound of the ionic solvent contained in the coagulation solution is maintained to 20% or more, the solidification rate of the fibers discharged from the spinning nozzle is prevented from becoming too high, thereby securing the crystallized portion of the amorphous fiber with controlled crystallization.
  • the concentration of the compound of the ionic solvent contained in the coagulation solution is maintained to 20% or more, the solidification rate of the fibers discharged from the spinning nozzle is prevented from becoming too high, thereby securing the crystallized portion of the amorphous fiber with controlled crystallization.
  • the concentration of the compound of the ionic solvent contained in the coagulation solution is maintained to 20% or more, the solidification rate of the fibers
  • the temperature of the coagulating solution is maintained at 30 ⁇ 80 °C or more, to maintain the solvent diffusion rate of the fibers discharged from the spinning nozzle at an appropriate level, thereby maintaining the proper draw ratio of the fibers discharged from the spinning nozzle Therefore, it is good to control physical properties easily.
  • Step (S3) is a step of washing the lyocell multifilament obtained in the step (S2). Specifically, after introducing the lyocell multifilament obtained in the step (S2) to the traction roller, it can be washed by introducing into the washing bath.
  • washing liquid of 0 to 100 °C temperature
  • water may be used as the washing liquid, if necessary, other addition It may further include the component.
  • the concentration and temperature of the flushing liquid should be kept constant for uniform physical properties.
  • the lyocell multifilament washed in step (S3) may be emulsion-treated, dried and wound up as necessary, and, if it is not necessary, may be wound up after washing and drying after washing.
  • the tanning takes the form in which the multifilament is completely submerged in the emulsion and is kept constant by the pressure difference between the weaving rollers attached to the entry and discharge rolls of the tanning apparatus.
  • the emulsion serves to reduce the friction generated when the filament is in contact with the drying roller and the guide in the post-processing process.
  • the lyocell fiber of the present invention is biodegradable and thus environmentally friendly.
  • the lyocell fibers of the present invention exhibit a shape of a release cross section in which the monofilament includes a plurality of protrusions, and thus have a large specific surface area, so that the amount of the lyocell fibers is lower than that of a conventional lyocell fiber having a circular cross section and a low release cell rate. Even if it is used, it can exhibit the same or more physical properties.
  • the lyocell fiber according to the present invention since the lyocell fiber according to the present invention has a large specific surface area, when used in clothing, construction or automobile reinforcement, etc., even when using a small amount compared to the conventional lyocell fiber, it may exhibit more than equivalent physical properties.
  • the lyocell fiber according to the present invention when used for clothing, due to its large specific surface area, it exhibits excellent hygroscopic fast drying property, so there is no coiling phenomenon on the body even when sweat is discharged, so that the skin is always in a pleasant state, causing discomfort. Can be reduced.
  • the cooling rate is excellent, rapid sweating can be maintained if the sweat is continuously discharged.
  • the scope of application for clothing may include, but is not limited to, outdoor, sports, T-shirts, golf, men's and women's clothing, functional innerwear, hats, sports socks, underwear, wet wipes, mask packs and the like.
  • the lyocell fiber according to the present invention when used for the reinforcing material, the larger the contact area with the material to be reinforced, the greater the reinforcing function, MRG (Mechanical Rubber Good) such as tire cord (cord), hose reinforcement, cement reinforcement, It can also be applied to automobile interior materials and tobacco filter materials.
  • MRG Mechanical Rubber Good
  • tire cord cord
  • hose reinforcement hose reinforcement
  • cement reinforcement cement reinforcement
  • the spinning dope was maintained at the spinning temperature of 50 °C by applying a spinneret (spinning nozzle slit 0.06mm, length is 0.254mm) is formed a plurality of unit holes including three holes, the fineness of the filament Spinning was performed by adjusting the discharge amount and spinning speed of the spinning dope to be 3.0 denier.
  • the filament discharged from the spinning nozzle was supplied in a coagulation bath.
  • the coagulation liquid in the coagulation bath was used at a temperature of 70 °C, 50% by weight of water and 50% by weight of 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate.
  • the filament formed through the traction roller is removed through the six-stage washing bath to remove the remaining 1-ethyl-3-methylimidazolium acetate, and the oil is uniformly applied to the filament, and then squeezed again to increase the oil content of the filament. It was maintained at 0.2% and dried at 150 ° C. in a drying roller to prepare a lyocell fiber having a single fineness of 3.0 denier as a multifilament made of a monofilament having a release cross section including three protrusions.
  • the cross section of the lyocell fiber of Example 1 is as shown in FIG.
  • Cell fibers were prepared.
  • Example 1 Except for adjusting the discharge amount and spinning speed of the spinning dope so that the fineness of the filament is 10 denier, in the same manner as in Example 1, it comprises a multifilament made of a monofilament having a release cross section including three projections Lyocell fibers were prepared.
  • Example 2 The same method as in Example 1, except that the discharge amount and the spinning speed of the spinning dope were adjusted so that the fineness of the filament was 3.0 denier, using the spinneret having a plurality of unit holes as one circular hole. As a result, a lyocell fiber comprising a multifilament made of a monofilament having a circular cross section was prepared.
  • a lyocell fiber including a multifilament made of a monofilament having a circular cross section was manufactured in the same manner as in Comparative Example 1, except that the discharge amount and spinning speed of the spinning dope were adjusted so that the filament had a single fineness of 6.0 denier. It was.
  • Cellulose pulp with a degree of polymerization (DPw) 820 and 93.9% alpha cellulose was mixed with a NMMO / H 2 O mixed solvent (weight ratio 90/10) having a propylgallate content of 0.01% by weight.
  • a lyocell wet and dry spinning dope of% (which can be referred to as a radiation dope concentration of 12%) was prepared.
  • the spinning temperature was maintained at 110 ° C. in the spinning nozzle of the same type as the nozzle used in the embodiment, and the spinning amount was controlled by controlling the discharge amount and spinning speed of the spinning dope so that the fineness of the filament was 3.2 denier.
  • Spinning dope on the filament discharged from the spinning nozzle was continuously supplied to the coagulating liquid in the coagulation bath through the air gap section.
  • the radiation dope was first solidified by applying cooling air at 8 ° C. and a wind speed of 10 m / s.
  • the coagulating solution was used at a temperature of 25 °C, concentration of 85% by weight of water and 15% by weight of NMMO, the coagulating solution concentration was continuously monitored using a sensor and a refractometer.
  • the filament stretched in the air layer while passing through the towing roller removes the remaining NMMO by the flushing liquid sprayed from the washing apparatus, makes the filament uniformly contact with the oil, and then compresses it again so that the oil content of the filament is 0.2 Percentage was maintained and dried at 150 ° C. in a drying roller to prepare a lyocell multifilament including monofilament having a release cross section including three protrusions and having a single fineness of 3.2 denier.
  • a lyocell multifilament having a release cross section including three protrusions was manufactured in the same manner as in Comparative Example 3, except that the discharge amount and spinning speed of the spinning dope were adjusted so that the filament had a single fineness of 6.9 denier.
  • Fineness The fineness of the lyocell fibers was calculated by the following Equation 3 using the monofilament cross-sectional area of the actual lyocell fibers and the density of the lyocell fibers obtained through the cross-sectional analysis.
  • Fineness (De) [monofilament cross-sectional area of lyocell fiber ( ⁇ m 2 ) x density of lyocell fiber (g / cm 3 ) x 9000 (m)] / 1000000
  • the lyocell fibers of Examples 1 to 3 which consist of monofilaments having a release cross section, are comparative examples 1 and 2, wherein the lyocell fibers are made of monofilaments having a circular cross section. It was shown that the space occupancy was greater than that of the comparative cross-section lyocell fibers manufactured by spinning method in Comparative Example 3 and Comparative Example 4.
  • the lyocell fibers of Examples 1 to 3 have a large specific surface area, and can be widely applied to a field where fibers having a large specific surface area are required.

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Abstract

본 발명은 라이오셀 섬유에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 라이오셀 섬유에 포함된 모노필라멘트의 단면 형상을 제어하여 섬유의 비표면적을 향상시킴으로써, 적은 양을 사용하여도 종래 라이오셀 섬유 대비 동등 수준 이상의 물성을 나타낼 수 있는 라이오셀 섬유에 관한 것이다.

Description

라이오셀 섬유 및 이의 제조방법
본 발명은 라이오셀 섬유에 관한 것으로서, 특히 이형단면을 갖는 라이오셀 섬유에 관한 것이다.
섬유는 모양으로 보았을 때 유연하고 가늘며, 굵기에 대한 길이의 비가 큰 천연 또는 인조의 선상(filiform) 물체를 의미한다. 이러한 섬유를 그 형태면에서 구분하면 장섬유, 준장섬유, 단섬유로 나뉘고, 원료 면에서 구분하면 천연섬유와 인조섬유로 나눌 수 있다.
이전부터 섬유는 인간 생활과 밀접한 관계를 가져 왔는데, 면, 마, 양모, 견섬유와 같은 천연 섬유는 피복의 주원료로 사용되었다. 산업 혁명 이후 과학 기술의 발전에 따라 섬유는 피복 재료뿐만 아니라 공업용으로도 그 용도가 확대되었고, 문화의 발달과 인구의 증가에 따라 급격히 증가한 섬유의 수요를 충족시키기 위하여 새로운 섬유 재료로서 인조 섬유 분야가 개척되게 되었다.
이러한 인조 섬유 중 재생 섬유는 촉감 및 착용감이 뛰어날 뿐만 아니라, 면보다 훨씬 빠른 수분 흡수 및 배출 능력을 가지고 있어서, 피복의 원료로 많이 사용되어 왔다. 특히, 이러한 재생 섬유 중 레이온 섬유는 우수한 광택성 및 발색성을 가지며 천연 섬유와 동등한 촉감을 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 인체에 무해한 소재로서 인식되어 과거 광범위하게 사용되었다. 다만, 레이온 섬유는 수축 및 구김이 잘 일어나는 소재의 특성을 가지고 있으며, 제조 과정이 복잡하고 목재 펄프 등을 녹이는 과정에서 많은 화학 약품이 사용되어 작업상의 환경 문제와 폐수 처리 등의 과정에서 환경오염을 야기하는 한계가 존재한다.
이에 따라, 환경 및 인체에 무해하고 물성 또한 기존의 여타 섬유보다 뛰어난 섬유에 관한 연구가 진행되었고, 그 과정에서 최근 천연 펄프 및 아민 옥사이드 수화물(NMMO)로부터 제조되는 라이오셀(Lyocell) 섬유가 소개되었다. 이러한 라이오셀 섬유는 기존의 재생 섬유에 비해 우수한 인장특성과 촉감 등의 섬유 특성을 가지면서도, 생산 공정에서 일체의 오염 물질을 발생시키지 않으며, 아민 옥사이드계 용매가 재활용 가능하고 폐기 시 생분해됨에 따라 친환경적인 섬유로서 다양한 분야에 사용되고 있다.
하지만, 통상 아민 옥사이드 수화물을 용매로 이용하여 제조되고 있는 라이오셀 섬유는 그 단면의 형태가 원형에 국한되어 있어, 천연섬유의 장점과 합성섬유의 장점을 극대화하기에는 제약이 많다. 이에 라이오셀 섬유의 단면 형태에 따라 다양한 물성을 나타낼 수 있도록, 이형 단면의 라이오셀 섬유에 대한 연구가 이루어지고 있다. 그런데, 아민 옥사이드 수화물을 용매로 이용하여 라이오셀 섬유를 NMMO 건습식 용액방사법으로 제조할 경우, 방사액이 방사 노즐을 통해 토출된 후 에어갭(air gap)에서 공기 중 미응고 연신을 하는 과정에서 단면 형상이 안정한 원형에 가까워지려는 특성이 나타나 노즐의 형상에 비하여 공간점유율이 많이 훼손되는 단점이 발생하게 된다.
본 발명은 이형단면의 형태 변화가 극대화되어 비표면적이 큰 라이오셀 섬유 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 이형 단면 라이오셀 섬유는 셀룰로오스 펄프 및 이온성 용매를 포함하는 라이오셀 방사 도프를 방사하여 제조된 라이오셀 멀티 필라멘트를 포함하되, 상기 멀티 필라멘트는 그 단면이 이형 단면인 모노필라멘트로 이루어지며, 상기 모노 필라멘트의 이형 단면은 다수 개의 돌기를 포함하고, 상기 다수 개의 돌기는 가상의 제1원 및 상기 가상의 제1원의 내부에 포함된 가상의 제2원과 접하되, 상기 가상의 제2원을 중심부로 하여 일체형으로 형성되며 그 말단이 상기 가상의 제1원과 접하는 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 모노 필라멘트의 이형단면은 하기 수학식 1로 정의되는 이형도가 1.5 ~ 10인 것이 바람직하다.
<수학식 1>
이형도 = r1/r2
여기에서, r1은 상기 가상의 제1원의 반지름이고, r2는 상기 가상의 제2원의 반지름이다.
이 때, 상기 라이오셀 섬유는 섬도가 1 ~ 30데니어이고, 상기 가상의 제1원의 반지름은 4 ~ 40㎛, 가상의 제2원의 반지름은 2 ~ 14㎛인 것이 더욱 바람직하다.
또, 상기 라이오셀 섬유는 수학식 2로 정의되는 공간점유율이 200 ~ 600%일 수 있다.
<수학식 2>
공간점유율 = (S1/S2) × 100(%)
여기에서, S1은 가상의 제1원의 면적이고, S2은 라이오셀 섬유에 포함된 모노 필라멘트의 단면적이다.
본 발명의 이형 단면 라이오셀 섬유의 제조 방법은 셀룰로오스 펄프 및 이온성 용매를 포함하는 라이오셀 방사 도프를 제조하는 방사 도프 제조 단계(S1); 상기 방사 도프를 방사 노즐을 통하여 상기 이온성 용매가 포함된 응고액의 내부에서 멀티 필라멘트로 방사함과 동시에 상기 응고액의 내부에서 상기 방사된 멀티필라멘트를 응고시키는 방사 및 응고 단계(S2); 및 상기 방사 및 응고된 멀티 필라멘트를 수세하는 단계(S3)를 포함한다.
이렇게 만들어진 라이오셀 멀티필라멘트는 그 단면이 이형 단면인 모노필라멘트로 이루어지며, 상기 모노 필라멘트의 이형 단면은 다수 개의 돌기를 포함하고, 상기 다수 개의 돌기는 가상의 제1원 및 상기 가상의 제1원의 내부에 포함된 가상의 제2원과 접하되, 상기 가상의 제2원을 중심부로 하여 일체형으로 형성되며 그 말단이 상기 가상의 제1원과 접하는 형상을 갖고 있어, 그 형상의 이형 단면율을 높힐 수 있는 것이다.
여기에서, 상기 방사 도프 제조 단계(S1)에서 상기 셀룰로오스 펄프는 알파-셀룰로오스 함량이 85 ~ 98%인 것이 바람직하다.
또, 상기 이온성 용매는 디부틸 이미다졸리움 아세테이트(Dibutyl imidazolium acetate), 디펜틸 이미다졸리움 아세테이트(Dipentyl imidazolium acetate), 디헥실 이미다졸리움 아세테이트(Dehexyl imidazolium acetate), 디프로필 이미다졸리움 옥타노에이트(Dipropyl imidazolium octanoate), 디부틸 이미다졸리움 옥타노에이트(Dibutyl imidazolium octanoate), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 헵타노에이트(1-Ethyl-3-methyl imidazolium heptanoate), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 옥타노에이트(1-Ethyl-3-methyl imidazolium octanoate), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 노나노에이트(1-Ethyl-3-methyl imidazolium nonanoate), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 데카노에이트(1-Ethyl-3-methy imidazolium decanoate), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 운데카노에이트(1-Ethyl-3-methy imidazolium undecanoate), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 도데카노에이트(1-Ethyl-3-methy imidazolium dodecanoate), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 디에틸 인산염(1-Ethyl-3-methy imidazolium diethyl phosphate), 디에틸 이미다졸리움 옥타노에이트(Diethyl imidazolium octanoate), 1-데실-3-메틸이미다졸리움 아세테이트(1-Decyl-3-methyl imidazolium acetate), 및 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 아세테이트(1-Ethyl-3-methy imidazolium acetate)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 이온성 화합물을 포함하는 수용액인 것이 바람직하고, 이 때, 상기 단계(S1)에서의 이온성 용매는 상기 이온성 화합물의 농도가 95%이상인 수용액인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 상기 방사 도프 제조 단계(S1)에서, 상기 라이오셀 방사 도프는 상기 셀룰로오스 펄프 6 ~ 25중량%; 및 상기 이온성 용매 75 ~ 94중량%를 포함하는 것이 바람직하고, 상기 방사 및 응고 단계(S2)에서 상기 응고액에 포함된 이온성 용매는 상기 이온성 화합물의 농도가 20 ~ 70%인 수용액이고, 상기 응고액의 온도는 30 ~ 80℃인 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 이형단면의 형태 변화가 극대화되어 큰 비표면적을 갖는 라이오셀 섬유 및 그 제조 방법을 제공할 수 있으며, 본 발명의 이형 단면 라이오셀 섬유는 의류, 건축이나 자동차 분야의 보강재 등에 사용되어 종래의 라이오셀 섬유에 비해 적은 양을 사용하더라도 동등 수준 이상의 물성을 나타낼 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 이형 단면 라이오셀 섬유에 포함된 모노필라멘트의 이형 단면을 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 라이오셀 섬유의 단면을 나타낸 사진이다.
<부호의 설명>
1: 중심부, 2: 돌기, 3: 돌기의 장축, 4: 돌기의 오목부, 5: 돌기의 말단
11: 가상의 제1원, 12: 가상의 제2원
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
본 발명은 셀룰로오스 펄프 및 이온성 용매를 포함하는 라이오셀 방사 도프를 방사하여 제조된 라이오셀 멀티 필라멘트를 포함하되, 상기 멀티 필라멘트는 그 단면이 이형 단면인 모노필라멘트로 이루어지며, 상기 모노 필라멘트의 이형 단면은 다수 개의 돌기를 포함하고, 상기 다수 개의 돌기는 가상의 제1원 및 상기 가상의 제1원의 내부에 포함된 가상의 제2원과 접하되, 그 말단이 상기 가상의 제1원과 접하는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 이형 단면 라이오셀 섬유를 제공한다.
[이형 단면(multi lobal )]
본 발명에서 이형 단면이란 모노 필라멘트의 단면이 다수 개의 돌기를 포함하는 형상을 의미하며, 구체적으로 도 1에 나타난 바와 같이, 하나의 중심부(1)를 중심으로 하여 일체형으로 형성된 다수 개의 돌기(2) 형상을 갖는 단면을 의미한다.
구체적으로, 상기 이형 단면은 다수 개의 돌기(2) 각각의 말단점을 잇는 가상의 제1원(11) 및 상기 가상의 제1원(11)의 내부에 포함된 가상의 제2원(12)의 범위 내에서 그 크기와 형상을 정의할 수 있다. 이때, 상기 가상의 제1원(11)은 상기 가상의 제2원(12)에 비해 그 반지름이 큰 원이고, 좋기로는 서로 그 중심이 동일한 것일 수 있으나 중심이 동일하지 않을 수도 있다.
즉, 상기 이형 단면은 다수 개의 돌기(2)를 포함하는 것으로, 다수 개의 돌기(2)는 상기 가상의 제2원(12)과 중첩되는 중심부(1)와 일체형으로 형성되어 있되 돌기 각각의 말단(5)은 상기 가상의 제1원(11)과 접하여 돌기(2)의 장축(3)을 가지고, 돌기 사이에 형성된 오목부(4)는 가상의 제2원(12)과 접하는 형상을 갖는다.
본 발명에 있어서, 상기 라이오셀 섬유의 비표면적을 최대화하는 측면에서, 상기 이형 단면은 3개의 돌기를 포함하는 것일 수 있다.
여기에서, 상기 모노 필라멘트의 이형단면은 하기 수학식 1로 정의되는 이형도가 1.5 ~ 10인인 것이 바람직하다.
<수학식 1>
이형도 = r1/r2
여기에서, r1은 상기 가상의 제1원의 반지름이고, r2는 상기 가상의 제2원의 반지름이다.
상기 이형도가 1.5 미만인 경우에는 단면이 원형에 가까워지므로, 원형단면과의 비표면적 차이가 크게 뚜렷하지 않으므로, 본 발명으로 구현된 이형단면사의 응용 분야로의 적용에 무의미하며, 10 초과인 경우에는 모노필라멘트 내부 가상의 원과 각각의 돌기 말단의 연결부위가 가늘어져, 방사 공정 안정성 유지가 곤란할 수 있다. 이때, 상기 이형단면의 이형도는 10에 가까운 값을 나타내는 것이 보다 큰 비표면적을 갖기에 유리할 수 있으나 5 내지 9.7 정도의 이형도를 갖는 것으로도 종래 원형 단면을 갖는 필라멘트에 비해 표면적 증대 효과가 크게 나타날 수 있고, 본 발명의 일예에 따르면 상기 이형도가 5.87 이상 9.6이하로 구현될 수 있다.
본 발명에서 상기 라이오셀 섬유의 섬도는 1 ~ 30데니어이고, 상기 가상의 제1원의 반지름은 4 ~ 40㎛, 가상의 제2원의 반지름은 2 ~ 14㎛인 것이 바람직하다. 가상의 제1원의 반지름 또는 가상의 제2원의 반지름이 상기 범위에 미치지 못할 경우, 모노 필라멘트의 섬도가 지나치게 줄어들기 때문에 토출 속도 및 압력이 필라멘트를 방사할 수 없을 정도로 낮아져 필라멘트 자체가 형성되지 못하고, 상기 범위를 넘어설 경우, 용매 추출이 원활하지 못하여 접사가 발생하고, 그에 따라 필라멘트의 균일한 단면 형태를 형성할 수 없다는 제약이 따른다.
또한, 본 발명에 따른 라이오셀 섬유에 포함된 모노 필라멘트는 전술한 바와 같은 이형 단면을 가지며, 상기 라이오셀 섬유는 수학식 2로 정의되는 공간점유율이 200 ~ 600%일 수 있다.
<수학식 2>
공간점유율(%) = (가상의 제1 원의 면적/라이오셀 섬유에 포함된 모노 필라멘트의 단면적) × 100
여기서, 공간점유율은 이형 단면의 돌기로 인해서 모노 필라멘트가 실질적으로 섬유 중에서 차지하게 되는 공간의 비율을 의미한다. 즉, 라이오셀 섬유에 포함된 모노 필라멘트의 단면이 원형 단면일 경우는 실제 모노 필라멘트의 단면적과 가상의 제1원의 면적이 같으므로, 상기와 같이 정의되는 공간점유율이 100%이지만 돌기를 포함하는 이형 단면을 가지는 섬유의 경우는 그 돌기에 의해서 섬유가 차지하는 실제 면적은 커지게 된다. 따라서 공간점유율이 커질수록 섬유의 비표면적이 커짐을 알 수 있다.
본 발명의 라이오셀 섬유는 비표면적이 커진 효과로 부풀림 특성이나 계면 접착 특성, 속건성 특성 등 여러 특성들이 우수해지는 측면에서 상기 수학식 2로 정의되는 공간점유율은 220% 이상, 좋기로는 250% 이상을 나타낼 수 있으며, 본 발명의 일예에 따르면 426.3%에서 574.1% 까지 구현될 수 있다.
본 발명의 이형 단면 라이오셀 섬유의 제조 방법은 셀룰로오스 펄프 및 이온성 용매를 포함하는 라이오셀 방사 도프를 제조하는 방사 도프 제조 단계(S1); 상기 방사 도프를 이형 단면홈이 복수개 형성된 방사 노즐을 통하여 상기 이온성 용매가 포함된 응고액의 내부에서 멀티 필라멘트로 방사함과 동시에 상기 응고액의 내부에서 상기 방사된 멀티필라멘트를 응고시키는 방사 및 응고 단계(S2); 및 상기 방사 및 응고된 멀티 필라멘트를 수세하는 단계(S3)를 포함한다.
이렇게 만들어진 라이오셀 멀티필라멘트는 그 단면이 이형 단면인 모노필라멘트로 이루어지며, 상기 모노 필라멘트의 이형 단면은 다수 개의 돌기를 포함하고, 상기 다수 개의 돌기는 가상의 제1원 및 상기 가상의 제1원의 내부에 포함된 가상의 제2원과 접하되, 상기 가상의 제2원을 중심부로 하여 일체형으로 형성되며 그 말단이 상기 가상의 제1원과 접하는 형상을 갖고, 그 형상의 이형 단면율을 높일 수 있는 것이다.
[(S1) 단계]
(S1) 단계는 셀룰로오스 펄프 및 이온성 용매를 포함하는 라이오셀 방사 도프를 제조하는 방사 도프 제조 단계이다.
상기 라이오셀 방사 도프는 셀룰로오스 펄프 6 ~ 25중량%; 및 상기 이온성 용매 75 ~ 94중량%를 포함하는 것일 수 있으며, 상기 셀룰로오스 펄프는 알파-셀룰로오스 함량이 85 ~ 98중량%인 것이 바람직하고, 중합도(DPw)가 600 ~ 1700인 것이 더욱 바람직하다.
상기 라이오셀 방사 도프에 있어서 셀룰로오스 펄프의 함량이 6중량% 미만이면 제조된 방사 도프의 점도가 낮아 방사 시, 섬유적 형태의 구현이 어렵고, 25 중량% 초과이면 높은 극성을 가진 이온성 용매의 용해력이 낮아지게 되어 용해하기 어려울 수 있다.
또한, 라이오셀 방사 도프에 있어서 상기 이온성 용매의 함량이 75중량% 미만이면 용해 점도가 크게 높아져서 노즐에서의 토출성 저하 및 용매 추출에 어려움이 발생하여 바람직하지 못하며, 94중량% 초과이면 방사 점도가 크게 낮아져서 방사단계에서 균일한 섬유를 제조하기에 어려울 수 있다.
이때, 상기 이온성 용매는 디부틸 이미다졸리움 아세테이트(Dibutyl imidazolium acetate), 디펜틸 이미다졸리움 아세테이트(Dipentyl imidazolium acetate), 디헥실 이미다졸리움 아세테이트(Dehexyl imidazolium acetate), 디프로필 이미다졸리움 옥타노에이트(Dipropyl imidazolium octanoate), 디부틸 이미다졸리움 옥타노에이트(Dibutyl imidazolium octanoate), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 헵타노에이트(1-Ethyl-3-methyl imidazolium heptanoate), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 옥타노에이트(1-Ethyl-3-methyl imidazolium octanoate), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 노나노에이트(1-Ethyl-3-methyl imidazolium nonanoate), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 데카노에이트(1-Ethyl-3-methy imidazolium decanoate), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 운데카노에이트(1-Ethyl-3-methy imidazolium undecanoate), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 도데카노에이트(1-Ethyl-3-methy imidazolium dodecanoate), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 디에틸 인산염(1-Ethyl-3-methy imidazolium diethyl phosphate), 디에틸 이미다졸리움 옥타노에이트(Diethyl imidazolium octanoate), 1-데실-3-메틸이미다졸리움 아세테이트(1-Decyl-3-methyl imidazolium acetate), 및 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 아세테이트(1-Ethyl-3-methy imidazolium acetate)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 이온성 화합물을 포함하는 수용액인 것이 바람직하고, 이 때, 상기 이온성 화합물의 농도가 95%이상인 것이 보다 바람직하다.
[(S2) 단계]
(S2) 단계는 상기 (S1) 단계에서 방사된 라이오셀 방사 도프를 방사 구금의 방사 노즐로부터 응고조의 응고액 내부에서 토출시키고, 토출된 멀티 필라멘트를 응고액 내부에서 응고하는 단계이다.
이 때, 상기 방사 도프의 온도는 30 ~ 90℃일 수 있다.
상기 방사 구금에는 다수개의 구금홀이 형성되는데, 상기 구금홀의 모양은 용도 및 그 형태에 따라 홀의 면적, 슬릿(Slit)의 크기를 제조하려는 이형단면의 형상을 고려하여 다양한 모양으로 설정될 수 있고, 구금홀의 개수는 제조하려는 섬유인 멀티 필라멘트를 형성하는 모노 필라멘트의 수를 고려하여 300 ~ 50,000개로 형성할 수 있다.
본 발명은 방사 도프를 방사 노즐을 통하여 토출시킬 때, 그 토출 구역을 응고액 내부로 향하게 위치시킴으로써, 방사 노즐을 통하여 토출된 멀티 필라멘트가 토출되자마자 응고액 내부에서 응고되도록 하여, 노즐을 통해 토출될 때의 모양이 가급적 그대로 유지되는 상태에서 응고를 진행하는 것이 바람직하다.
이 때, 적절한 응고의 진행을 위해, 상기 응고액에 포함된 이온성 용매는 (S1)단계의 이온성 용매와 같은 종류를 사용하는 것이 용매의 회수 및 재활용 측면에서 유리하나, 응고액에서는 이온성 화합물의 농도가 20 ~ 70%인 수용액인 것이 좋다. 응고액에 포함된 이온성 용매의 이온성 화합물 농도가 20% 이상이 되도록 유지하면, 방사노즐에서 토출된 섬유의 응고속도가 너무 높아지는 것을 방지하여, 결정이 제어된 비결정성 섬유 부분을 확보함으로써 신도 상승의 요인이 되도록 할 수 있고, 70% 이하로 유지하면, 응고속도가 너무 낮아지는 것을 방지하여, 결정성장을 유도함으로써 결정화도가 상승하여 강도를 상승시킬 수 있다.
또한, 상기 응고액의 온도는 30 ~ 80℃ 이상로 유지함으로써, 방사 노즐에서 토출된 섬유의 용매 확산 속도를 적정한 수준의 속도로 유지하고, 이를 통해 방사 노즐에서 토출된 섬유의 적정한 연신비를 유지함에 따라 물리적 특성을 용이하게 제어하는 것이 좋다.
[(S3) 단계]
(S3) 단계는 상기 (S2) 단계에서 수득된 라이오셀 멀티필라멘트를 수세하는 단계이다. 구체적으로는, 상기 (S2) 단계에서 수득된 라이오셀 멀티필라멘트를 견인롤러에 도입한 후, 수세욕으로 도입하여 수세할 수 있다.
상기 필라멘트의 수세 단계에서는, 수세 후 용제의 회수 및 재사용의 용이성을 고려하여, 0 내지 100℃ 온도의 수세액을 사용할 수 있으며, 상기 수세액으로는 물을 이용할 수 있고, 필요에 따라 기타의 첨가 성분을 더욱 포함시킬 수도 있다.
수세된 라이오셀 필라멘트는 응고욕에서의 용매 추출과 공정 장력에 의한 연신 및 수축이 일어날 수 있으므로, 균일한 물성 발현을 위해서는 수세액의 농도, 온도는 일정하게 유지되어야 한다.
상기 (S3) 단계에서 수세된 라이오셀 멀티필라멘트를 필요에 따라서 유제 처리하고, 건조하여 권취할 수 있고, 만약 유제 처리가 필요 없는 경우에는 수세 후 건조 처리 후 권취할 수도 있다.
유제 처리는 멀티 필라멘트가 유제 속에 완전히 잠겨서 묻혀지는 형태를 취하며 유제 처리 장치의 진입 롤과 방출 롤에 부착된 짜주는 롤러의 압력차에 의해 유제가 필라멘트에 묻는 양을 일정하게 유지한다. 상기 유제는 후 가공 공정에서 필라멘트가 건조 롤러 및 가이드 등에서의 접촉 시 발생하는 마찰을 줄여주는 역할을 한다.
전술한 바와 같이 본 발명의 라이오셀 섬유는 생분해성이므로, 친환경적이다.
또한, 본 발명의 라이오셀 섬유는 모노필라멘트가 다수의 돌기를 포함하는 이형 단면의 형태를 나타내는 바, 비표면적이 커져 종래의 원형 단면의 라이오셀 섬유 및 이형 단면율이 낮은 라이오셀 섬유 대비 적은 양을 사용하더라도 동등 이상의 물성을 나타낼 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 라이오셀 섬유는 비표적면적이 크므로, 의류, 건축이나 자동차 분야의 보강재 등에 사용될 경우, 종래 라이오셀 섬유에 비해 적은 양을 사용하더라도 동등 수준 이상의 물성을 나타낼 수 있다.
보다 구체적으로 본 발명에 따른 라이오셀 섬유가 의류용으로 사용될 경우, 비표면적이 큰 특성으로 인하여, 탁월한 흡습속건성을 나타내므로, 땀이 배출되어도 몸에 감김 현상이 없어 피부가 항상 쾌적한 상태를 유지해 불쾌감을 줄일 수 있다. 또한, 냉각속도가 뛰어나 땀이 지속적으로 배출되면 급속냉각이 계속 유지될 수 있다. 이때, 의류용의 적용범위는 아웃도어, 스포츠, 티셔츠, 골프, 남성용 및 여성용 의류를 비롯해 기능성 이너웨어, 모자, 스포츠 양말, 내의류, 물티슈, 마스크팩 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
또, 본 발명에 따른 라이오셀 섬유가 보강재용으로 사용될 경우, 보강하고자 하는 소재와의 접촉면적이 클수록 보강 기능이 커지며 타이어 코오드(cord), 호스 보강재와 같은 MRG(Mechanical Rubber Good), 시멘트 보강재, 자동차 내장재, 담배 필터 소재 등에 적용할 수도 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명할 것이다.
실시예 1
중합도(DPw) 820, 알파 셀룰로오스 함량 93.9%인 셀룰로오스 펄프 13.2g을 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 아세테이트(농도 97%) 용매 206.8g에 용해시켜 6중량%의 라이오셀 섬유 제조용 방사 도프를 제조하였다.
먼저, 상기 방사 도프는 3개의 홀을 포함하는 단위홀이 다수 개 형성되어 있는 방사 구금(방사노즐 슬릿은 0.06mm, 길이는 0.254mm)을 적용하여 방사 온도 50℃로 유지하였으며, 필라멘트의 섬도가 3.0데니어가 되도록 방사 도프의 토출량과 방사속도를 조절하여 방사하였다. 상기 방사노즐로부터 토출된 필라멘트는 응고조 내에서 공급하였다.
상기 응고조 내의 응고액은 온도 70℃, 농도는 물 50중량% 및 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 아세테이트 50중량%인 것을 사용하였다.
견인롤러를 통하여 형성된 필라멘트는 6단 수세욕을 거쳐 잔존하는 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 아세테이트를 제거하고, 필라멘트에 유제가 균일하게 묻도록 한 뒤, 다시 짜주어 필라멘트에 대한 유제 함량이 0.2%를 유지하도록 하였으며 건조롤러에서 150℃로 건조시켜, 3개의 돌기를 포함하는 이형 단면을 갖는 모노필라멘트로 이루어진 멀티필라멘트로서 단섬도가 3.0데니어인 라이오셀 섬유를 제조하였다. 실시예 1의 라이오셀 섬유의 단면은 도 2에 나타난 바와 같다.
실시예 2
필라멘트의 섬도가 6.9데니어가 되도록 방사 도프의 토출량 및 방사 속도를 조절한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로, 3개의 돌기를 포함하는 이형 단면을 갖는 모노필라멘트로 이루어진 멀티필라멘트를 포함하는 라이오셀 섬유를 제조하였다.
실시예 3
필라멘트의 섬도가 10데니어가 되도록 방사 도프의 토출량 및 방사 속도를 조절한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일 한 방법으로, 3개의 돌기를 포함하는 이형 단면을 갖는 모노필라멘트로 이루어진 멀티필라멘트를 포함하는 라이오셀 섬유를 제조하였다.
비교예 1
1개의 원형 홀을 단위홀로 하여, 상기 단위홀이 다수 개 형성된 방사 구금을 사용하고 필라멘트의 섬도가 3.0 데니어가 되도록 방사 도프의 토출량 및 방사 속도를 조절한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로, 원형 단면을 갖는 모노필라멘트로 이루어진 멀티필라멘트를 포함하는 라이오셀 섬유를 제조하였다.
비교예 2
필라멘트의 단섬도가 6.0 데니어가 되도록 방사 도프의 토출량 및 방사 속도를 조절한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로, 원형 단면을 갖는 모노필라멘트로 이루어진 멀티필라멘트를 포함하는 라이오셀 섬유를 제조하였다.
비교예 3
중합도(DPw) 820, 알파 셀룰로오스 함량 93.9%인 셀룰로오스 펄프를 프로필갈레이트 함량 0.01 중량%인 NMMO/H2O 혼합용제 (중량비 90/10)에 혼합하여, 혼합물 총 중량 대비 셀룰로오스 펄프 함량이 12중량%(방사 도프 농도 12% 라고 할 수 있음)인 라이오셀 건습식 방사용 도프를 제조하였다.
그 다음, 실시예에서 사용된 노즐과 동일한 형태의 방사노즐에서 방사 온도를 110℃로 유지하였으며, 필라멘트의 섬도가 3.2데니어가 되도록 방사 도프의 토출량과 방사속도를 조절하여 방사하였다. 방사 노즐로부터 토출된 필라멘트 상의 방사 도프는 연속적으로 에어갭 구간을 거쳐 응고조 내의 응고액에 공급되었다.
이때, 상기 에어갭 구간에는 구간에서는 8℃ 의 냉각공기와 및 10m/s의 풍속을 가하여 방사 도프를 1차 응고시켰다. 또한, 상기 응고액은 온도가 25℃, 농도는 물 85중량% 및 NMMO 15중량%인 것을 사용하였으며, 상기 응고액 농도는 센서와 굴절계를 사용하여 지속적으로 모니터링하였다.
이어서, 견인롤러를 통과하면서 공기층에서 연신된 필라멘트는 수세장치에서 스프레이된 수세액에 의해 잔존하는 NMMO를 제거하고, 필라멘트에 유제가 균일하게 묻도록 한 뒤, 다시 압착하여 필라멘트에 대한 유제 함량이 0.2%를 유지하도록 하였으며 건조롤러에서 150℃로 건조시켜, 3개의 돌기를 포함하는 이형 단면을 가지는 모노 필라멘트를 포함하고, 단섬도가 3.2데니어인 라이오셀 멀티필라멘트를 제조하였다.
비교예 4
필라멘트의 단섬도가 6.9데니어가 되도록 방사 도프의 토출량 및 방사 속도를 조절한 것을 제외하고는, 비교예 3과 동일한 방법으로, 3개의 돌기를 포함하는 이형 단면을 가지는 라이오셀 멀티필라멘트를 제조하였다.
실시예 및 비교예에서 제조된 라이오셀 섬유에 대하여, 상기 라이오셀 섬유에 포함된 모노필라멘트의 단면 형상, 섬도 및 공간점유율을 아래와 같은 방법으로 측정 및 산출하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
(1) 라이오셀 섬유에 포함된 모노필라멘트의 단면 형상: 소량의 섬유 다발을 샘플링하여 검은솜과 함께 말고 가늘게 만들어 단면을 컷팅할 수 있는 판의 구멍에 끼운 후 면도날로 단면이 밀리지 않도록 컷팅하였다. 이를 광학현미경(BX51, Olympus사 제품)을 사용하여 단면을 확대 관찰하고 디지털 카메라로 이미지를 저장하였다. 상기 섬유의 단면 이미지는 Olympus soft imaging solution 프로그램을 사용하여 구하고자 하는 단면을 지정하고 반지름 및 면적을 분석하였다.
(2) 섬도: 단면 분석을 통하여 얻은 실제 라이오셀 섬유의 모노필라멘트 단면적과 라이오셀 섬유의 밀도를 이용하여 하기 수학식 3으로 계산하여 라이오셀 섬유의 섬도를 구하였다.
<수학식 3>
- 섬도(De) = [라이오셀 섬유의 모노필라멘트 단면적 (㎛2) × 라이오셀 섬유의 밀도 (g/cm3) × 9000 (m)]/1000000
- 라이오셀 섬유의 밀도 = 1.49 g/cm3
라이오셀 섬유에 포함된 모노필라멘트의 단면형상 섬도(De) 이형도(r1/r2) 공간점유율(%)
가상의 제1원 반지름(r1,㎛) 가상의 제2원 반지름(r2, ㎛) 가상의 제1원 면적(㎛2) 실제 라이오셀 섬유의 모노필라멘트 단면적(㎛2)
실시예 1 20.62 2.15 1336.2 232.73 3.0 9.6 574.1
실시예 2 24.77 3.82 1928.66 361.74 6.9 6.47 533.1
실시예 3 32.92 5.69 3458.40 811.23 10.0 5.87 426.3
비교예 1 8.46 8.46 225.23 225.23 3.0 1 100
비교예 2 11.97 11.97 450.45 450.45 6.0 1 100
비교예 3 11.30 6.08 401.37 244.59 3.2 1.85 164.1
비교예 4 17.99 6.73 1017.58 514.58 6.9 2.67 197.7
표 1에 나타난 바와 같이, 이형 단면을 가지는 모노필라멘트로 이루어진 실시예 1 내지 실시예 3의 라이오셀 섬유는 원형 단면을 가지는 모노필라멘트로 이루어진 비교예 1 및 비교예 2, 동일한 노즐형태를 적용한 건습식 방사법으로 제조한 이형단면 라이오셀 섬유 비교예 3 및 비교예 4에 비하여 공간 점유율이 큰 것으로 나타났다.
이와 같은 결과로부터, 실시예 1 내지 실시예 3의 라이오셀 섬유는 비표면적이 큰 것을 알 수 있으며, 비표면적이 큰 섬유가 요구되는 분야에 광범위하게 적용할 수 있음을 알 수 있다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (13)

  1. 셀룰로오스 펄프 및 이온성 용매를 포함하는 라이오셀 방사 도프를 방사하여 제조된 라이오셀 멀티 필라멘트를 포함하되,
    상기 멀티 필라멘트는 그 단면이 이형 단면인 모노필라멘트로 이루어지며,
    상기 모노 필라멘트의 이형 단면은 다수 개의 돌기를 포함하고,
    상기 다수 개의 돌기는 가상의 제1원 및 상기 가상의 제1원의 내부에 포함된 가상의 제2원과 접하되, 상기 가상의 제2원을 중심부로 하여 일체형으로 형성되며 그 말단이 상기 가상의 제1원과 접하는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 이형 단면 라이오셀 섬유.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이형단면은 수학식 1로 정의되는 이형도가 1.5 ~ 10인 것을 특징으로 하는 이형 단면 라이오셀 섬유.
    <수학식 1>
    이형도 = r1/r2
    여기에서, r1은 상기 가상의 제1원의 반지름이고, r2는 상기 가상의 제2원의 반지름이다.
  3. 제2항에 있어서, 상기 라이오셀 섬유는 섬도가 1 ~ 30데니어이고, 상기 가상의 제1원의 반지름은 4 ~ 40㎛ 및 가상의 제2원의 반지름은 2 ~ 14㎛인 것을 특징으로 하는 이형 단면 라이오셀 섬유.
  4. 제1항에 있어서, 상기 라이오셀 섬유는 수학식 2로 정의되는 공간점유율이 200 ~ 600%인 것임을 특징으로 하는 이형 단면 라이오셀 섬유.
    <수학식 2>
    공간점유율 = (S1/S2) × 100(%)
    여기에서, S1은 가상의 제1원의 면적이고, S2은 라이오셀 섬유에 포함된 모노 필라멘트의 단면적이다.
  5. 제1항에 있어서, 상기 셀룰로오스 펄프는 알파-셀룰로오스 함량이 85 ~ 98중량%인 것을 특징으로 하는 이형 단면 라이오셀 섬유.
  6. 제1항에 있어서, 상기 이온성 용매는 디부틸 이미다졸리움 아세테이트(Dibutyl imidazolium acetate), 디펜틸 이미다졸리움 아세테이트(Dipentyl imidazolium acetate), 디헥실 이미다졸리움 아세테이트(Dehexyl imidazolium acetate), 디프로필 이미다졸리움 옥타노에이트(Dipropyl imidazolium octanoate), 디부틸 이미다졸리움 옥타노에이트(Dibutyl imidazolium octanoate), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 헵타노에이트(1-Ethyl-3-methyl imidazolium heptanoate), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 옥타노에이트(1-Ethyl-3-methyl imidazolium octanoate), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 노나노에이트(1-Ethyl-3-methyl imidazolium nonanoate), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 데카노에이트(1-Ethyl-3-methy imidazolium decanoate), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 운데카노에이트(1-Ethyl-3-methy imidazolium undecanoate), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 도데카노에이트(1-Ethyl-3-methy imidazolium dodecanoate), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 디에틸 인산염(1-Ethyl-3-methy imidazolium diethyl phosphate), 디에틸 이미다졸리움 옥타노에이트(Diethyl imidazolium octanoate), 1-데실-3-메틸이미다졸리움 아세테이트(1-Decyl-3-methyl imidazolium acetate), 및 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 아세테이트(1-Ethyl-3-methy imidazolium acetate)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 이온성 화합물을 포함하는 수용액 것임을 특징으로 하는 이형 단면 라이오셀 섬유.
  7. 셀룰로오스 펄프 및 이온성 용매를 포함하는 라이오셀 방사 도프를 제조하는 방사 도프 제조 단계(S1);
    상기 방사 도프를 방사 노즐을 통하여 상기 이온성 용매가 포함된 응고액의 내부에서 멀티 필라멘트로 방사함과 동시에 상기 응고액의 내부에서 상기 방사된 멀티필라멘트를 응고시키는 방사 및 응고 단계(S2); 및
    상기 방사 및 응고된 멀티 필라멘트를 수세하는 단계(S3)를 포함하고,
    상기 단계(S1) 내지 (S3)에 의해 제조된 라이오셀 멀티필라멘트는 그 단면이 이형 단면인 모노필라멘트로 이루어지며, 상기 모노 필라멘트의 이형 단면은 다수 개의 돌기를 포함하고, 상기 다수 개의 돌기는 가상의 제1원 및 상기 가상의 제1원의 내부에 포함된 가상의 제2원과 접하되, 그 말단이 상기 가상의 제1원과 접하는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 이형 단면 라이오셀 섬유의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 단계(S1)에서 상기 셀룰로오스 펄프는 알파-셀룰로오스 함량이 85 ~ 98중량%인 것임을 특징으로 하는 이형 단면 라이오셀 섬유의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 단계(S1)에서, 상기 라이오셀 방사 도프는 상기 셀룰로오스 펄프 6 ~ 25중량%; 및 상기 이온성 용매 75 ~ 94중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 이형 단면 라이오셀 섬유.
  10. 제7항에 있어서, 상기 단계(S1)에서 이온성 용매는 이온성 화합물의 농도가 95%이상인 수용액인 것임을 특징으로 하는 이형 단면 라이오셀 섬유의 제조 방법.
  11. 제7항에 있어서, 상기 단계(S2)에서 상기 응고액에 포함된 이온성 용매는 이온성 화합물의 농도가 20 ~ 70%인 수용액이고, 상기 응고액의 온도는 30 ~ 80℃인 것을 특징으로 하는 이형 단면 라이오셀 섬유의 제조 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 이온성 화합물은 디부틸 이미다졸리움 아세테이트(Dibutyl imidazolium acetate), 디펜틸 이미다졸리움 아세테이트(Dipentyl imidazolium acetate), 디헥실 이미다졸리움 아세테이트(Dehexyl imidazolium acetate), 디프로필 이미다졸리움 옥타노에이트(Dipropyl imidazolium octanoate), 디부틸 이미다졸리움 옥타노에이트(Dibutyl imidazolium octanoate), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 헵타노에이트(1-Ethyl-3-methyl imidazolium heptanoate), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 옥타노에이트(1-Ethyl-3-methyl imidazolium octanoate), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 노나노에이트(1-Ethyl-3-methyl imidazolium nonanoate), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 데카노에이트(1-Ethyl-3-methy imidazolium decanoate), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 운데카노에이트(1-Ethyl-3-methy imidazolium undecanoate), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 도데카노에이트(1-Ethyl-3-methy imidazolium dodecanoate), 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 디에틸 인산염(1-Ethyl-3-methy imidazolium diethyl phosphate), 디에틸 이미다졸리움 옥타노에이트(Diethyl imidazolium octanoate), 1-데실-3-메틸이미다졸리움 아세테이트(1-Decyl-3-methyl imidazolium acetate), 및 1-에틸-3-메틸이미다졸리움 아세테이트(1-Ethyl-3-methy imidazolium acetate)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 것임을 특징으로 하는 이형 단면 라이오셀 섬유의 제조 방법.
  13. 제7항에 있어서, 상기 모노필라멘트의 이형단면은 하기 수학식 1로 정의되는 이형도가 1.5 ~ 10인 것임을 특징으로 하는 이형 단면 라이오셀 섬유의 제조 방법.
    <수학식 1>
    이형도 = r1/r2
    여기에서, r1은 상기 가상의 제1원의 반지름이고, r2는 상기 가상의 제2원의 반지름이다.
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