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KR20030004395A - 라이오셀 섬유 - Google Patents

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KR20030004395A
KR20030004395A KR1020027015077A KR20027015077A KR20030004395A KR 20030004395 A KR20030004395 A KR 20030004395A KR 1020027015077 A KR1020027015077 A KR 1020027015077A KR 20027015077 A KR20027015077 A KR 20027015077A KR 20030004395 A KR20030004395 A KR 20030004395A
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fibers
lyocell
cellulose
diameter
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루오 멩구이
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웨이어해유저 컴파니
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Abstract

본 발명은 고 배율에서 보이는 거친 표면과 섬유를 따라 그리고 사이에 가변적 단면 및 직경을 갖는 라이오셀 섬유에 관계한다. 이 섬유는 원심 방적, 멜트블로우잉 또는 스펀본딩에 의해 제조된다. 1데니어 이하의 평균 중량으로 마이크로 데니어 범위에서 섬유가 제조된다. 이 섬유는 광택이 적고 매우 부드러운 촉감의 직물을 형성하는 얀으로 형성될 수 있다. 혹은 섬유가 자체 결합된 부직포로 형성될 수 있다.

Description

라이오셀 섬유{LYOCELL FIBERS}
1세기 동안에 비스코스 및 구리암모늄 공정에 의해 강한 재생 셀룰로오스 섬유가 제조되어 왔다. 큐프라 공정은 1890에, 비스코스 공정은 2년 후에 특허 되었다. 비스코스 공정에서 셀룰로오스는 머서 가공 가성 소오다 용액에 담겨서 알칼리성 셀룰로오스를 형성한다. 이것은 이황화탄소와 반응되어 셀룰로오스 크산틴산염을 형성하고 이것은 묽은 가성 소오다 용액에 용해된다. 여과 및 탈기 이후에 크산틴산염 용액이 침수된 방적돌기로부터 황산, 황산나트륨, 황산아연 및 글루코오스로 구성된 재생조에 압출되어 연속 필라멘트를 형성한다. 결과의 비스코스레이온은 현재 직물에 사용되고 타이어 및 구동 벨트와 같은 고무 제품에서 보강재로 널리 사용되었다.
셀룰로오스는 암모니아 함유 산화구리용액에서도 가용성이다. 이러한 성질은 구리암모늄 레이온 제조의 기초를 형성한다. 셀룰로오스 용액은 침수된 방적돌기를 통해 5% 가성 소오다 또는 묽은 황산 용액에 도입되어 섬유를 형성한다. 구리 제거 및 세척 이후에 결과의 섬유는 큰 습 강도를 갖는다. 구리암모늄 레이온은 매우 가는 데니어의 섬유에 이용 가능하며 직물에 거의 배타적으로 사용된다.
최근에 다른 셀룰로오스 용매가 개발되었다. 이러한 용매 중 하나는 디메틸포름아미드에서 질소 4산화물 용액에 기초한다. 많은 연구가 행해졌지만 이러한 용매를 사용하여 재생 셀룰로오스 섬유를 형성하는 공정이 상용화되지 못하였다.
셀룰로오스 용매로서 3차 아민 N-옥사이드의 유용성이 상당 기간 알려져 왔다. 미국특허 2179181(Graenacher)는 용매로서 적합한 아민 옥사이드 물질을 발표한다. 그러나 이 특허는 저 농도의 셀룰로오스 용액을 형성할 수 있을 뿐이며 용매 회수 문제가 제기된다. 미국특허3447939(Johnson)는 셀룰로오스와 많은 다른 천연 및 합성 폴리머에 대한 용매로서 무수 N-메틸모르폴린-N-옥사이드(NMMO) 및 다른 아민 N-옥사이드의 용도를 발표한다. 이 용액은 비교적 고체 함량이 적다. 미국특허 3508941(Johnson)는 다양한 천연 및 합성 폴리머를 용액에서 혼합하여 셀룰로오스와 친밀한 블렌드를 형성하는 방법을 발표한다. 디메틸술폭사이드와 같은 셀룰로오스에 대한 비-용매가 도프 점도 감소를 위해서 첨가된다. 폴리머 용액이 찬 메탄올에 직접 방적되지만 결과의 필라멘트는 꽤 낮은 강도이다.
그러나 1979년 초기에 용매로서 다양한 아민 옥사이드를 사용하여 재생 셀룰로오스 섬유를 제조하는 특허가 공고 되었다. 특히 약 12% 물이 존재하는 N-메틸모르폴린-N-옥사이드가 유용한 용매인 것이 입증되었다. 보통 90-130℃로 가열된 조건 하에서 셀룰로오스가 용매에 용해되고 다중 미세 구멍이 난 방적돌기나 디스크로부터 공기나 질소와 같은 비-침전 유체에 압출된다. 분자 배향을 일으키기 위해서 3-10의 회전-신장 비율에 따라서 셀룰로오스 도프 필라멘트가 연속으로 인발된다. 이들은 이후 비-용매 유체, 보통 물에 도입되어 셀룰로오스를 재생한다. 저급 지방족 알코올 같은 다른 재생 용매가 또한 제안되었다. 공정은 미국특허 4142913; 4144080; 4211574; 4246221; 4416698(McCorsley)에 발표된다. 미국특허 5252284(Jurkovic)과 5417909(Michels)는 NNMO에 용해된 셀룰로오스를 방적하기위한 압출노즐의 모양을 다룬다. 미국특허 4426228(Brandner)는 가열된 NNMO용액에서 셀룰로오스 또는 용매 퇴화를 막기 위해서 안정화제로 작용하는 다양한 화합물의 용도를 발표한다. 미국특허 4145532 및 4196282(Franks)는 아민 옥사이드에서 셀룰로오스를 용해시켜 고 농도의 셀룰로오스 용액을 달성하는 어려움을 다룬다.
NMMO용액으로부터 방적된 셀룰로오스 직물사는 라이오셀 섬유라 칭한다. 라이오셀은 수산기의 치환이 없으며 화학적 중간체가 형성되지 않은 유기 용액으로부터 침전된 셀룰로오스로 구성된 섬유의 일반 용어이다. Courtaulds, Ltd.에 의해 제조된 라이오셀 제품은 Tencel 섬유로 시판된다. 이 섬유는 0.9-2.7데니어로 구매 가능하다. 데니어는 섬유 9000미터의 중량(g)이다. 이의 미세함 때문에 제조된 얀은 유쾌한 감촉의 직물을 제조한다.
현재 제조되는 라이오셀 섬유의 한 가지 한계는 모양 때문이다. 이들은 연속 기계적으로 인발되며 대체로 균일하고 원형 또는 타원형 단면을 가지며 방적될 때 크림프가 부족하고 비교적 매끈하고 광택이 나는 표면을 갖는다. 소면(carding) 공정에서 균일한 분리를 달성하기 어려우며 불균질한 혼합 및 얀을 가져올 수 있으므로 스태플 섬유로서 덜 이상적이다. 직선 섬유 문제를 해결하기 위해서 초핑 이전에 부-공정에서 인조 스태플 섬유가 크림핑 된다. 크림핑의 예는 미국특허 5591388 또는 5601765(Sellars)에 있으며 여기서 섬유 토우가 스터퍼 박스에서 압축되고 건조 증기로 가열된다. 또한 연속 균일한 단면 및 광택이 나는 표면을 갖는 섬유는 플라스틱 외양의 얀을 생성한다. 열가소성 폴리머로 제조된 얀은 빈번히 방적 이전에 이산화티타늄과 같은 광택 제거제를 첨가해야 한다. 미국특허 5417909(Michels)는 비-원형 단면을 갖는 라이오셀 섬유를 제조하는 방적돌기의 용도를 발표하지만 이 방법은 상용화되지 못하였다.
라이오셀 섬유를 형성하는데 2가지 널리 인식된 문제점은 세탁 동안 발생할 수 있는 습식 마모 조건 하에서 섬유의 피브릴화로 인하여 초래된다. 피브릴화는 필링(pilling), 즉 피브릴이 작고 비교적 치밀한 볼로 얽힘을 일으킨다. 피브릴화는 또한 염색된 직물에서 희게 센 외양을 가져온다. 피브릴화는 섬유 내에서 고 배향성과 불량한 측부 응집성에 의해 초래된다. 이러한 문제는 morttimer, S.A. & A.A. Peguy, Journal of Applied Polymer Science, 60:305-316(1996)과 Nicholai M., A.Nechwatal & K.P.Mieck, Textile Research journal,66(9):575-580(1996)에서발표된다. 첫 번째는 온도, 상대 습도, 갭 길이, 압출과 분해 사이에 공기 갭 지대에서 체류시간을 변화시켜 문제를 해결하고자 하였다. Nicholai등은 섬유 가교결합을 제안하지만 "...기술적인 실시는 가능할 것 같지 않다"라고 말한다. 관련 미국특허는 5403530, 5520869, 5580354, 5580356(Taylor); 5562739(Urben); 5618483(Weigel)을 포함한다. 이들 특허는 표면 변성이나 가교결합을 유도하기 위해서 섬유를 반응성 물질로 처리한다. 얀이나 직물의 효소 처리는 피브릴화로 야기된 문제를 감소시키는데 현재 선호되는 방법이다. 그러나 위에서 언급된 모든 처리는 단점이 있으며 비용을 증가시킨다. 피브릴화에 저항하는 섬유는 상당한 장점이 될 것이다.
미국특허 3833438에서 Kaneko는 큐프라 레이온 공정에 의해 제조된 자체 결합된 셀룰로오스 부직 물질 제조를 제시한다. 자체 결합된 라이오셀 부직 웹은 발표되지 않았다.
합성 폴리머로부터 저 데니어 섬유가 여러 압출공정에 의해 제조되었다. 이중 3개가 본 발명과 관련이 있다. 하나는 멜트블로우잉이다. 용융된 폴리머가 일련의 작은 구멍을 통해 압출된 섬유에 평행하게 흐르는 기류 속으로 압출된다. 이것은 냉각될 때 섬유를 신장한다. 신장은 2가지 기능을 한다. 신장은 종방향 분자 배향을 시키며 최종 섬유 직경을 감소시킨다. 유사한 공정은 스펀본딩으로 섬유가 튜브로 압출되고 원거리 단부에서 진공에 의해 초래된 튜브를 통한 공기 흐름에 의해 신장된다. 일반적으로 스펀본딩된 섬유는 더 짧은 길이의 이산 멜트블로우잉된 섬유보다 길다. 원심 방적이라 불리는 다른 공정은 용융된 폴리머가 빠르게 회전하는드럼의 측벽에 있는 구멍으로부터 방출된다는 점에서 다르다. 드럼이 회전할 때 공기 저항에 의해 섬유가 약간 신장된다. 그러나 멜트블로우잉에서 존재하는 강한 기류는 없다. 모두 3개의 공정은 부직포 제조에 사용되며 섬유를 연속으로 기계적으로 인발하는 방법을 사용하지 않는다. 수년간 상업적으로 중요해진 이래로 수많은 특허가 있다. 미국특허 3959421(Weber)와 5075068(Milligan)이 그것이다. Weber 특허는 섬유를 급냉시키기 위해서 가스 기류에 물을 분무한다. 관련 특허는 변형된 멜트블로우잉에 의해 종이를 코팅하는 방법을 제시하는 WO91/18682이다. 제시된 코팅 물질은 전분, 카르복시-메틸셀룰로오스, 폴리비닐알코올, 라텍스의 수용액, 박테리아 셀룰로오스 현탁액, 수성 물질, 용액 또는 에멀젼이다. 그러나 이 공정은 잠재적 섬유로 형성하기 보다는 압출된 물질을 분무한다. 미국특허 5589125 및 5607639(Zikeli)는 방적돌기를 떠날 때 압출된 라이오셀 도프 스트랜드를 가로질러 기류를 안내한다. 기류는 냉각작용만을 하며 필라멘트를 신장하지 않는다.
원심방적은 미국특허 5242633, 5326241(Rooks)에서 예시된다. 미국특허 4440700에서 Okada는 열가소성 물질의 원심 방적 공정을 발표한다. 물질이 방출될 때 방적 헤드를 에워싸며 흐르는 냉각 액체 커텐에 의해 하향으로 이동되는 환형 형태에 섬유가 포획된다. 이 공정에 적합한 폴리머는 폴리비닐알코올과 폴리아크릴로니트릴이다. 이들 두 가지 물질의 경우에 용액에서 습식 방적되고 응고 조가 냉각 액체 커텐를 대신한다.
셀룰로오스 자체는 기본적으로 불용해성 이므로 Kaneko를 제외하면 멜트블로우잉, 스펀본딩 및 원심방적에 속하는 공정은 셀룰로오스 물질에 사용되지 않았다.
마이크로데니어 섬유라 불리는 매우 미세한 섬유는 1.0이하의 데니어를 갖는다. 폴리프로필렌, 나일론, 또는 폴리에스테르와 같은 다양한 합성 폴리머로 제조된 멜트블로우잉된 섬유는 0.4μm(약 0.001데니어) 만큼 작은 직경으로 이용 가능하다. 그러나 이들 섬유의 강도(tenacity)는 작고 불량한 물 흡수성은 이들이 천 직물에 사용될 때 부정적인 인자이다. 0.5데니어 만큼 가는 마이크로데니어 셀룰로오스 섬유는 비스코스 공정에 의해서만 제조되었다.
본 발명의 공정은 합성 폴리머, 레이온 및 현재 구입 가능한 라이오셀 섬유의 한계를 극복하는 새로운 라이오셀 섬유를 제공한다. 이것은 저 데니어 섬유의 형성을 허용한다. 동시에 고 배율에서 확인할 수 있듯이 각 섬유의 표면은 거칠고 섬유는 길이를 따라 가변적인 형상 및 직경의 단면을 가지며 상당한 자연적 주름이 있으며 습식 마모 조건 하에서 피브릴화에 저항한다. 이들 모두는 연속 기계적 인발 수단을 사용하는 공정에 의해 제조된 라이오셀 섬유에서는 없다.
본 발명은 신규 특성을 가진 라이오셀 섬유와 그 제조방법에 관계한다. 신규 특성은 섬유 길이를 따라 가변적 직경과 같은 표면 형상을 포함한다. 본 발명은 이러한 섬유로 제조된 얀, 이러한 섬유를 포함한 직물 및 부직포에 관계한다. 특히 본 방법은 셀룰로오스를 아민 옥사이드에 용해시켜 도프(dope)를 형성하는 단계를 포함한다. 작은 구멍을 통해 기류에 도프를 압출시키거나 작은 구멍을 통해 도프를 원심 방출시켜 잠재성 섬유가 제조된다. 잠재성 섬유를 액체 비-용매에서 재생시켜 섬유가 형성된다. 어느 공정이나 자체 결합된 부직포 제조에 사용될 수 있다. 본 발명의 방법은 전통적인 연속 인발 섬유와 구별되는 고유한 표면 특성을 라이오셀 섬유에 부여한다.
도1은 본 발명 실시에 사용되는 단계의 블록선도이다.
도2는 본 발명에 사용된 전형적인 원심방적 시설의 부분 절취 사시도이다.
도3은 본 발명에 사용된 멜트블로우잉 시설의 부분 절취 사시도이다.
도4는 멜트블로우잉 장치에 사용되는 압출 헤드의 단면도이다.
도5 및 도6은 시판 라이오셀 섬유의 100배 및 10000배 주사전자현미경사진이다.
도7 및 도8은 원심방적으로 제조된 라이오셀 섬유의 200배 및 10000배 주사전자현미경사진이다.
도9 및 도10은 단일 원심 방적사를 따른 단면을 2000배로 보여주는 주사전자현미경사진이다.
도11 및 도12는 멜트블로우잉 라이오셀 섬유의 100배 및 10000배 주사전자현미경사진이다.
도13은 멜트블로우잉 공정을 사용하여 자체 결합된 라이오셀 부직포 제조를 보여준다.
도14는 원심방적 공정을 사용하여 자체 결합된 라이오셀 부직포 제조를 보여준다.
도15 및 도16은 습식 마모 테스트로 야기된 피브릴화를 보여주는 두개의 시판 섬유의 1000배 주사전자현미경사진이다.
도17 및 도18은 습식 마모 테스트를 받는 본 발명의 방법으로 제조된 두개의 섬유의 1000배 주사전자현미경사진이다.
도19,도20 및 도21은 멜트블로우잉 공정으로 제조된 라이오셀 섬유의 100배, 1000배 및 10000배 주사전자현미경사진이다.
본 발명은 섬유 길이를 따라 가변적 직경을 갖는 재생 셀룰로오스로 제조된 섬유에 관계한다. 셀룰로오스 및 재생 셀룰로오스는 셀룰로오스가 중량의 주 성분이고 셀룰로오스와 방적 용매에서 가용성인 천연 및 합성 폴리머의 블렌드를 포함한다. 특히 본 발명은 멜트블로우잉 또는 원심방적 공정에 의해 아민 N-옥사이드에서 셀룰로오스 용액으로부터 제조된 저 데니어 섬유에 관계한다. 멜트블로우잉, 스펀본딩 및 원심방적은 셀룰로오스가 용액에 존재하고 방적 온도가 상승될지라도 열가소성 섬유의 제조에 사용되는 공정과 유사한 공정이다. 연속 인발 및 연속 기계적 인발은 섬유가 에어 갭을 통해 먼저 기계적으로 당겨져서 신장이 되고 이후 재생조를 통해 분자 배향되는 라이오셀 섬유 제조공정을 말한다.
본 발명의 공정은 약간의 물이 존재하는 아민 오사이드, 특히 N-메틸모르폴린-N-옥사이드(NMMO)에서 셀룰로오스 원료를 용해시키면서 시작된다. NMMO에 든 이러한 도프 또는 셀룰로오스 용액은 공지기술(McCorsley 또는 Franks에 의한)에 의해 제조된다. 본 발명에서 도프는 다소 상승된 온도에서 펌프에 의해 방적장치나 90-130℃에서 압출기에 공급된다. 최종적으로 도프는 다수의 작은 구멍을 통해 공기 속에 안내된다. 멜트블로우잉의 경우에 셀룰로오스 도프의 압출된 실이 필라멘트 경로에 평행한 방향으로 흐르는 교란 가스 흐름에 포착된다. 셀룰로오스 용액이 구멍을 통해 방출될 때 구멍을 떠난 후 연속 이동 동안 액체 스트랜드 또는 잠재적 필라멘트가 신장된다(또는 직경이 감소되고 길이가 증가한다). 교란은 각 섬유의 길이를 따라 자연적 주름과 최종 섬유 직경의 변화를 유도한다. 섬유 길이를 따른 가변성은 각 섬유를 현미경 검사해서 정량될 수 있다. 이러한 가변성은 가변성 계수 또는 CV로 측정된다. CV는 평균 직경 크기를 수득하여 계산된다. CV는 평균직경 표준편차를 평균직경으로 나눈 값이다. 결과의 값은 100%를 곱해서 백분율로 전환된다. 본 발명에 따라 제조된 필라멘트는 연속 인발된 섬유의 CV보다 큰 CV값을 보인다. 예컨대 본 발명의 필라멘트는 6.5%이상, 특히 7%이상, 더더욱 10%이상의 CV값을 보인다. 균일한 직경을 가지고 주름이 없고 방적 후 공정에서 도입된 연속 인발된 섬유는 본 발명의 섬유에 비해서 섬유 길이를 따라 측정될 때 섬유 직경에서 높은 가변성을 보이지 않는다. 본 발명의 섬유는 불규칙한 주름을 가지며 1개 섬유 직경보다 큰 피크 대 피크 진폭과 5개 섬유 직경보다 큰 주기를 갖는다.
스펀본딩은 섬유가 포획되고 기계적으로 당겨지지 않고 기류에서 신장된다는 점에서 일종의 멜트블로우잉이다. 본 발명에서 벨트블로우잉과 스펀본딩은 등가로 간주된다.
원심방적에 의해 섬유가 제조될 경우 도프 스트랜드가 작은 구멍을 통해 공기 중에 방출되고 방적 헤드에 의해 부여되는 관성에 의해 인발된다. 이후 필라멘트가 재생 용액에 안내되거나 재생용액이 필라멘트에 분무된다. 재생용액은 물, 저급 지방족 알코올 또는 이의 혼합물과 같은 비-용매이다. 용매로 사용된 NMMO가 재사용을 위해 재생조에서 회수될 수 있다.
잠재적 섬유 스트랜드 주변 공기의 교란 및 진동은 멜트블로우잉 또는 원심방적 공정에 의해 제조될 경우 고유한 기하에 기여한다.
0.1데니어 이하의 평균크기를 갖는 필라멘트가 쉽게 형성될 수 있다. 구멍 직경, 가스 흐름 속도, 방적 헤드 속도, 및 도프 점도를 포함한 여러 인자에 의해 데니어가 조절될 수 있다. 도프 점도는 셀룰로오스 D.P. 및 농도의 인자이다. 섬유 길이는 압출 구멍을 에워싸는 기류의 속도 및 디자인에 의해 조절될 수 있다. 방적 조건에 따라 연속 섬유나 짧은 스태플 섬유가 제조된다. 개별 섬유를 형성하거나 이들을 셀룰로오스 부직포로 만들기 위해서 시설이 쉽게 변형될 수 있다. 후자의경우에 매트가 형성되고 섬유 재생 전에 자체 결합된다. 재생 매체에서 섬유가 회수되고 세척, 표백, 건조 및 취급될 수 있다.
본 발명에 따라 형성된 섬유의 광택은 광택제거제가 부족한 연속 인발된 라이오셀 섬유보다 매우 적어 플라스틱 외양을 갖지 않는다. 이것은 고배율 현미경에서 명백한 섬유의 고유한 주름진 표면 때문이다.
방적조건을 적절히 조절함으로써 본 발명에 따라 제조된 섬유는 좁은 섬유 직경 분포와 가변적 단면 형상을 갖는다. 직경 및 단면 구성에서 변화는 각 섬유의 길이를 따라 일어나서 연속 인발 공정에서 제조된 시판 라이오셀 섬유보다 큰 CV를 부여한다. 본 발명의 섬유는 재생된 셀룰로오스 섬유의 경우에 섬유 길이를 따라 높은 직경 가변성을 갖는다. 본 발명의 섬유는 천연 섬유와 유사한 형상을 갖는다.
본 발명에 따라 멜트블로우잉 또는 원심방적에 의해 제조된 섬유는 스터퍼 박스에 의해 부여된 것과 다른 자연 주름을 갖는다. 스터퍼 박스에 의해 부여된 주름은 매우 규칙적이고 1개 섬유 직경보다 작은 진폭과 2또는 3개 이하의 섬유 직경에 대응하는 짧은 피크 대 피크 주기를 갖는다. 본 발명에 따라 제조된 섬유는 1개 섬유 직경보다 큰 불규칙한 진폭과 5개 섬유 직경보다 큰 불규칙한 주기와 파형 외양을 갖는다.
놀랍게도 본 발명의 섬유는 습식 마모 조건 하에서 피브릴화에 대해 내성이 크다. 이것은 가교결합이나 효소 처리와 같은 방적 후 처리가 불필요하다는 점에서 유리하다.
본 발명의 섬유의 성질은 전통적인 직물 제조공정에서 카딩 및 방적에 적합하다. 천연 섬유의 속성을 갖는 섬유가 천연적으로 얻을 수 없는 마이크로데니어 직경으로 제조될 수 있다. 0.1데니어만큼 가는 섬유 직경이 본 발명에서 가능하다, 본 발명의 섬유로부터 자체 결합된 웹이나 촘촘히 감긴 다중 얀을 직접 제조할 수도 있다.
본 발명의 장점은 비-상용성 폴리머로 간주될 수 있는 것과 셀룰로오스의 블렌드를 형성할 수 있는 능력이다. 아민 옥사이드는 강력한 용매여서 셀룰로오스뿐만 아니라 다른 폴리머도 용해할 수 있다. 따라서 셀룰로오스를 리그닌, 나일론, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드, 폴리아클릴로니트릴, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크릴산, 전분, 폴리비닐알코올, 폴리에스테르, 폴리케톤, 카세인, 셀룰로오스 아세테이트, 아밀로오스, 아밀로펙틴, 양이온성 전분과 블렌딩 할 수 있다. 셀룰로오스와 균질 블렌드로 이들 물질은 새롭고 고유한 성질을 갖는 섬유를 제조할 수 있다.
연속 인발공정이 아닌 멜트블로우잉, 스펀본딩 또는 원심방적 공정에 의해서 아민 옥사이드-물 매체에서 용액으로부터 저 데니어 재생 셀룰로오스 섬유 또는 셀룰로오스 블렌드 섬유를 형성하는 방법 제공이 본 발명의 목적이다.
얀을 형성하기에 유리한 기하 및 표면 특성을 갖는 저 데니어 셀룰로오스 섬유를 제공하는 것도 본 발명의 목적이다. 이 섬유는 연속 인발공정에 의해 제조된 라이오셀 섬유에 비해서 높은 CV를 보인다.
자연적 주름과 광택이 적은 섬유 제공도 본 발명의 목적이다.
습식 마모 조건 하에서 피브릴화에 내성이 있는 라이오셀 섬유 제공도 본 발명의 목적이다.
천연 섬유 이상의 서질을 갖는 재생 셀룰로오스 섬유 제공도 본 발명의 목적이다. 모든 제조 시약이 쉽게 회수 및 재사용될 수 있는 공정에 의해 위의 섬유를 형성하는 방법 제공도 본 발명의 목적이다.
본 발명에서 사용된 셀룰로오스 원료의 타입은 중요하지 않다. 크라프트, 사전 가수분해 크라프트, 아황산 공정에 의해 제조될 수 있는 표백 또는 비표백 목재 펄프가 가능하다. 정제된 목화 솜털과 같은 셀룰로오스 원료도 적합하다. 아민 옥사이드 용매에 용해시키기 이전에 셀룰로오스 쉬이트는 미세한 플러프로 절단되어 용해를 촉진한다.
셀룰로오스 용액은 미국특허 4246221(McCorsley)의 방식으로 제조될 수 있다. 예컨대 셀룰로오스는 40%NMMO와 60%물로 구성된 비-용매 혼합물에서 축축하게 된다. NMMO에 대한 셀룰로오스의 중량 비율은 1:5.1이다. 충분한 물이 증류되어 NMMO에 대해 12-14%를 남겨서 셀룰로오스 용액이 형성될 때까지 120℃에서 1.시간 동안 진공 하에서 이중 팔 시그마 블레이드 믹서에서 혼합물이 혼합된다. 결과의 도프는 약 30%의 셀룰로오스를 포함한다. 혹은 진공 증류 필요성을 제거하기 위해서 적절한 물 함량의 NMMO가 초기에 사용된다. 이것은 실험실에서 방적 도프를 제조하는 편리한 방법으로 40-60% 농도의 시판 NMMO가 단지 3%의 물을 함유한 실험실 시약 NMMO와 혼합되어 7-15% 물 함량을 갖는 셀룰로오스 용매를 생성한다. 셀룰로오스에 존재하는 습기가 용매에 존재하는 물을 조절할 때 고려되어야 한다. NMMO-물 용매에서 셀룰로오스 도프 제조방법이 Chanzy, H. & A. Peguy, Journal ofPolymer Science, Polymer Physics Ed.,18:1137-1144(1980)과 Navard, P. & J.M. Haudin British Polymer Journal, p174, Dec.1980에 발표된다.
도1은 본 발명의 공정 단계를 보여준다. 수성 NMMO에서 셀룰로오스 도프 제조는 공지이다. 고지되지 않은 것은 이러한 도프가 방저되는 방식이다. 본 발명의 공정에서 셀룰로오스 용액은 비스코스 또는 큐프라 레이온에서처럼 재생조에 직접 들어가기보다 압출구멍으로부터 교란 기류에 들어간다. 이후에 잠재적 필라멘트가 재생된다. 그러나 본 발명의 공정은 도프가 에어 갭을 통해 연속 실로서 하향으로 연속 인발되어 재생조에 들어가지 않으므로 전통적인 라이오셀 섬유 제조공정과 다르다.
도2는 원심방적 공정을 보여준다. 가열된 셀룰로오스 도프(1)가 폐쇄된 베이스와 측벽(6)에 난 복수의 구멍(4)을 갖는 가열된 중공 실린더 또는 드럼(2)에 안내된다. 실린더가 회전할 때 도프는 가는 실(8)로서 구멍을 통해 수평으로 빠져 나온다. 실이 주변 공기의 저항을 받으면 이들은 크게 인발 또는 신장된다. 신장 정도는 실린더 회전 속도, 구멍크기, 및 도프 점도와 같이 쉽게 조절되는 인자에 달려있다. 도프 스트랜드는 중력에 의해 강하되거나 기류에 의해 하향으로 힘을 받아 대야에 담긴 비-용매(10)에서 배향된 개별 섬유로 응고된다. 혹은 도프 스트랜드(8)가 재생 용액 공급원(18)에 의해 공급된 분무 노즐(16) 링에서 나온 물 분무에 의해 부분적 또는 완전 재생될 수 있다. 또한 이들은 재생 이전 또는 동안 부직포로 형성될 수 있다. 에탄올이나 물-에탄올 혼합물도 유용하지만 물이 선호되는 응집 비-용매이다. 섬유가 수집되고 잔류 NMMO 제거를 위해 세척되고 필요에 따라 표백되고 건조된다. 실시예2는 실헙실 원심 방적사 제조과정의 세부사항을 보여준다.
도3 및 도4는 전형적인 멜트블로우잉 공정을 보여준다. 도3에서 도프 공급원(도시안된)은 압출기(32)에 안내되고 압출기는 셀룰로오스 용액을 다수의 구멍(36)이 난 헤드(34)로 보낸다. 라인(38)을 통해 공기 또는 기타 가스가 공급되고 압출된 용액 스트랜드(40)를 에워싸고 운송한다. 탱크(42)는 재생용액(44)을 포함하고 여기서 스트랜드가 셀룰로오스 섬유로 재생된다. 혹은 잠재적 섬유가 재생을 위해 물 분무를 받는다. 비-기계적 인발 또는 신장 정도는 구멍 크기, 도프 점도, 셀룰로오스 농도, 공기 속도, 온도 및 노즐 구성과 같은 인자에 달려있다.
도4는 전형적인 압출구멍을 보여준다. 플레이트(20)에 다수의 구멍(36)이 천공된다. 이것은 일련의 캡 스크루(18)에 의해 압출헤드(26)의 몸체에 고정된다. 내부 부재(24)는 셀룰로오스 용액 압출 포트(26)를 형성한다. 압출된 용액 필라멘트(40)를 에워싸는 공기 통로(28)는 필라멘트를 인발하고 재생 매체에 운송한다. 실시예3은 실헙실 멜트블로우잉 섬유 제조과정의 세부사항을 보여준다.
도5-6의 주사전자현미경사진은 전통적인 연속 인발 공정으로 제조된 라이오셀 섬유에 대한 것이다. 각 섬유에 대해 섬유 길이를 따라 단면의 둥근 구성이 주목된다. 섬유 길이를 따라 균일한 직경을 갖는 섬유는 저 CV를 가지며 CV는 직경 가변성을 직접 반영한다. 일부 연속 인발된 라이오셀 섬유(도시안된)의 경우에 6.1%이하의 값이 관찰된다. 도6의 10000배 확대 표면은 현저하게 매끈하다.
도7-10은 본 발명의 원심 방적공정으로 제조된 섬유를 보여준다. 도7의 섬유는 직경 범위를 가지며 다소 구불구불하여 자연적 주름을 제공한다. 이러한 자연적 주름은 스터퍼 박스에서 수득되는 규칙적 사인파 모양과 다르다. 진폭과 주기가 불규칙적이고 높이 및 길이에 있어서 섬유 직경의 여러 배이다. 섬유의 대부분은 약간 평평하고 상당히 꼬여있다. 섬유직경은 1.5-20μm(<0.1-3.1데니어)이고 섬유의 대부분은 평균직경 12μm(1데니어) 주변에 몰려있다. 자연적 주름과 함께 다른 구별되는 성질이 현미경 사진에서 명백하다. 예컨대 도5 및 6의 연속 인발된 섬유와 다르게 원심 방적 공정에 의해 제조된 라이오셀 섬유는 섬유길이를 따라 단면에서 더욱 가변성을 보여서 CV가 높다. 이러한 가변성은 다른 경우보다 원심 방적사에서 두드러진다. 그러나 원심 방적사는 연속 인발된 섬유에 비해 섬유를 따라 더 높은 직경 가변성을 보인다. 일부 원심 방적사(도시안된)에서 CV는 10.9-25.4%이다.
그러나 본 발명에 의해 제조된 라이오셀 섬유는 6.5-25.4% 및 그 이상의 가변성을 달성할 수 있다. 이후 실시예는 이러한 섬유 달서에 사용된 방법을 보여준다. 공정 조건을 변화시켜 라이오셀 섬유는 가변성 계수를 갖게 된다.
도8은 10000배 배율로 도7 섬유를 보여준다. 표면은 외양이 균일하게 거칠고 시판 섬유와 다르다. 이것은 저 광택 및 향상된 방적 특성을 가져온다.
도9-10은 단일 원심방적사에서 5mm 떨어져 취한 섬유단면의 주사 현미경사진이다. 섬유를 따라 단면 및 직경의 변화가 도시된다. 이러한 가변성은 원심방적 및 멜트블로우잉 섬유의 특성이다.
도11-12는 멜트블로우잉 섬유의 저 및 고-배율 주사 현미경사진이다. 원심 방적사에 비교된 샘플의 주름은 더 크다. 도12의 10000배 사진은 원심방적사와 유사한 거친 표면을 보여준다. 원심방적사와 마찬가지로 멜트블로우잉 섬유는 연속 인발 공정으로 제조된 섬유에 비해서 섬유길이를 따라 더 높은 직경 가변성을 갖는다. 일부 멜트블로우잉 섬유(도시안된)에서 CV는 12.6-14.8% 또는 그 이상이다.
다양한 장치 및 조건을 사용하여 수행된 실험으로 수득된 총 결과는 본 발명의 섬유가 6.5-24.5% 및 그 이상의 가변성 계수를 갖는 섬유를 kf성할 수 있다. 이러한 값은 TITK에 의해 제조된 연속 인발된 섬유나 Tencel로 판매되는 섬유에서 수득된 값의 범위를 벗어난 것이다.
그럼에도 불구하고 두 공정의 섬유의 전체적 형상은 천연섬유의 성질과 유사한 특징을 가지므로 미세하고 촘촘한 얀을 형성하는데 대단히 유리l하다. 이것은 본 발명의 라이오셀 섬유의 고유한 측면이다.
도13은 변형된 멜트블로우잉 공정을 사용하여 자체 결합된 라이오셀 부직포 제조방법을 보여준다. 셀룰로오스 도프(50)가 압출기(52), 이어서 압출헤드(52)에 공급된다. 도프 스트랜드(58)가 압출헤드로부터 하강할 때 공기 공급원(56)은 압출구멍에서 도프 스트랜드(58)를 인발하는 작용을 한다. 결과의 섬유가 무작위 단 섬유 보다 연속 섬유가 되도록 공정 변수가 선택된다. 섬유는 롤러(62,64)에 의해 지탱되고 구동되는 무한 이동 다공성 벨트(60) 상에 떨어진다. 상부 롤러(도시안된)가 사용되어 섬유를 밀착하게 압축하고 교차점에서 결합을 시킨다. 매트(66)가 벨트(60) 상에서 경로를 따라 진행할 때 재생용액(68)이 분무기(70)에 의해 하향으로 분무된다. 벨트의 단부에서 재생된 제품(72)이 제거되고 세척, 표백 및 건조 등의 추가 처리가 된다.
도14는 원심방적을 사용하여 자체 결합된 부직포를 형성하는 공정을 보여준다. 측벽에 다수의 구멍이 난 회전하는 드럼(82)에 셀룰로오스 도프(80)가 공급된다. 구멍(84)을 통해 잠재적 섬유(86)가 방출되고 회전 드럼에 의해 부여되는 관성이나 공기 저항에 의해 인발 또는 길어진다. 이들은 드럼 주위에 위치된 수용기 표면(88)의 내부 측벽 상에 충돌한다. 수용기는 원추대 하부(90)를 가질 수 있다. 수용기(88) 벽 주위로 링(94)으로부터 재생용액(92) 커텐이 하향으로 흘러서 수용기 측벽 상에 충돌된 셀룰로오스 매트를 부분 응집시킨다. 링(94)은 도시된 대로 위치되거나 잠재적 섬유가 부직 웹으로 자체 결합되는데 더 많은 시간이 필요하면 하부로 이동된다. 부분 응집된 부직 웹(96)은 수용기 하부(90)로부터 용기(100)의 응집 조(98)속으로 연속 기계적으로 당겨진다. 웹이 경로를 따라 이동할 때 원통형 모양에서 평탄한 2개의 플라이 부직 구조로 붕괴된다. 웹은 롤러(102,104) 아래를 움직일 때 조 내에 유지된다. 롤러(106)는 조에서 완전 응집된 2개의 플라이 웹(108)을 제거한다. 이후 웹(108)은 세척 또는 표백 공정을 연속으로 받으며 저장을 위해 건조된다. 단일 플라이 부직포로 분할되거나 2개의 플라이 물질로서 유지된다.
피브릴화는 단일 섬유 표면 부위가 마이크로 섬유나 피브릴로 분할되는 것이다. 분할은 단단한 표면에 섬유를 문지르거나 섬유에 대한 섬유의 습식 마모의 결과 발생한다. 마모 조건에 따라 피브릴의 대부분은 한 단부에서 모 섬유에 부착된 채 유지된다. 피브릴은 너무 미세하여 거의 투명하므로 최종 직물에 백색 외양을 제공한다. 더욱 극단적인 피브릴화의 경우에 마이크로 피브릴이 얽혀 뭉친 외양을제공한다.
피브릴화 저항성을 측정하는 산업표준은 없지만 다음 절차가 사용된다. 0.003g의 개별 섬유의 무게를 재고 뚜껑이 있는 25mL 시험관(13x110mm)에 10mL 물과 함께 넣는다. 분당 200싸이클의 진동수에서 저 진폭으로 작동하는 진탕기에 샘플을 둔다. 테스트 기간은 4-80시간이다. 도15-18의 샘플은 4시간 흔든 것이다.
도15-16은 두 가지 다른 공급처에서 획득한 시판 얀으로 제조한 섬유에서 야기된 상당한 피브릴화를 보여준다. 이에 비해서 도17-18은 본 발명의 멜트블로우잉 섬유의 경우를 보여준다.
도19-21은 멜트블로우잉 섬유에서 피브릴화가 매우 미소함을 보여준다. 이유는 완전히 밝혀지지 않았지만 본 발명의 섬유는 공지 공정에 의한 섬유에 비해서 낮은 결정성 및 배향성을 갖기 때문이라고 판단된다. 감소된 피브릴화 경향에 추가적으로 본 발명의 섬유는 더욱 균일한 염료 수용성을 갖는다. 사용 후에 피블릴화에 의한 희게 센 외양을 습득하는 경향이 본 발명의 경우에 없다. 도19는 본 발명 섬유의 형상을 보여준다. 특히 섬유 길이를 따라 직경 가변성이 명백하다. 도21은 본 발명 섬유의 거친 표면을 보여준다.
실시예1:셀룰로오스 도프 제조
사용된 셀룰로오스 펄프는 표준 표백 크라프트 남부 연목 시판 펄프 그레이드 NB416(Weyerhaeuser Company, New Bern, North Carolina)이다. 이것은 88-89% 알파 셀룰로오스 함량과 1200의 D.P.를 갖는다. 사용 전에 목재 펄프 쉬이트가 플러프 형성기를 통과하여 개별 섬유 및 작은 섬유 클럼프로 파괴된다. 250mL 3목 유리 플라스크에 5.3g의 플러프 셀룰로오스, 66.2g의 97% NMMO, 24.5g의 50% NMMO 및 0.05g의 프로필 갈레이트가 채워진다. 플라스크를 120℃에서 오일 조에 담기고 0.5시간 교반이 계속된다. 결과의 유동성 도프가 방적에 직접 사용된다.
실시예2:원심방적에 의한 섬유 제조
사용된 방적 장치는 미국특허 5447423(Fuisz)와 유사한 변형된 목화 캔디 타입이다. 120℃로 예열된 로터는 89mm 직경이고 2800rpm으로 회전된다. 구멍을 차단함으로써 구멍의 수가 1-84개로 변화된다. 다음 실험을 위해 직경이 700μm인 80개의 구멍이 사용된다. 셀룰로오스 도프는 120℃에서 방적 로터의 중심에 부어진다. 방출된 가는 도프 스트랜드는 로터 주변의 대야에 담긴 실온의 물속에 중력에 의해 낙하된다. 여기서 이들은 재생된다. 몇 개의 섬유가 서로 결합되지만 대부분의 섬유는 개별적으로 유지되고 길이가 수 센티미터이다.
앞선 공정에 추가적으로 매우 유사한 마이크로 데니어 섬유가 표백 및 비-표백 크라프트 펄프, 아황산 펄프, 미소결정성 셀룰로오스, 및 최대 30%의 옥수수 전분 또는 폴리아크릴산과 셀룰로오스의 블렌드로부터 성공적으로 제조된다.
섬유의 직경(데니어)은 여러 수단에 의해 쉽게 조절될 수 있다. 도프 점도가 크면 섬유가 두껍다. 도프 점도는 셀룰로오스 고체 함량이나 셀룰로오스 중합도에 의해 조절될 수 있다. 방적구멍크기가 작거나 드럼 회전 소도가 빠르면 섬유 직경이 작다. 5-20μm(0.2-3.1데니어)의 섬유와 20-50μm(3.1-19.5데니어)의 섬유가 쉽게 형성될 수 있다. 시스템의 공정 변수와 기하에 따라 섬유 길이는 가변적이다.
실시예3:멜트블로우잉에 의한 섬유제조
실시예1의 도프가 120℃에 유지되고 멜트블로우잉 합성 폴리머 형성용으로 개발된 장치에 공급된다. 전체 구멍 길이는 50mm이고 방출 단부에서 400μm로 테이퍼 형인 635μm의 직경을 갖는다. 교란 공기 블라스트에서 약 20cm의 공기 중 이동 거리 이후에 섬유가 수조에 낙하되어 재생된다. 재생된 섬유 길이는 가변적이다. 일부 짧은 섬유가 형성되지만 대개는 수-수 십 센티미터의 길이를 갖는다. 압출변수의 변화는 연속섬유가 형성될 수 있게 한다. 놀랍게도 섬유의 단면은 섬유 길이를 따라 균일하지 않다. 이 섬유는 전체 형상에서 천연섬유와 매우 유사하므로 본 발명의 마이크로 데니어 물질을 사용하여 얀을 방적할 때 이러한 특징은 유리하다.
섬유가 재생조에 직접 도입되기 전에 섬유가 이동하는 스테인레스강 메쉬 벨트에 충돌된다. 잘 결합된 부직 매트가 형성된다.
라이오셀 부직포는 자체 결합될 필요가 없다. 이들은 부분적으로 결합되거나 전혀 자체 결합되지 않을 수 있다.이러한 경우에 전분이나 다양한 폴리머 에멀젼과 같은 접착제 바인더와 하이드로인탱글링에 의해 이들이 결합될 수 있다.
실시예4:멜트블로우잉 라이오셀 제조를 위해 미세결정성 셀룰로오스 퍼니쉬의 사용
도프의 고체 함량을 증가시키기 위해서 목재 펄프보다 미세결정성 셀룰로오스 퍼니쉬를 사용하여 실시예1의 공정이 반복된다. 사용된 제품은 FMC Corp.(Newwark.Delaware)의 Avicel Type pH-101미세결정성 셀룰로오스 이다. 66.2g의 97% NMMO, 24.5g의 50% NMMO 및 0.05g의 프로필 갈레이트와 함께 15g 및 28.5g(건조 중량)의 미세결정성 셀룰로오스를 사용하여 도프가 제조된다. 절차는 실시예1에서 기술된다. 결과의 도프는 각각 14% 및 24%의 셀룰로오스를 함유한다. 이들은 실시예3과 같이 멜트블로우잉 된다. 결과의 섬유느 실시예2 및 3과 동일한 형상을 갖는다.
섬유 데니어는 조절 가능한 인자에 달려있다. 이들 중에 용액 고체 함량, 압축기 헤드에서 용액 압력 및 온도, 구멍 직경, 공기 압력, 및 멜트블로우잉 및 원심방적 기술에서 공지된 다른 변수가 있다. 평균 0.5데니어 이하의 라이오셀 섬유가 멜트블로우잉 또는 원심방적 기술에 의해 일정하게 제조될 수 있다. 0.5데니어 섬유는 약 7-8μm의 평균 직경(등가의 원형 단면적에 기초하여 추정된)에 대응한다.
결정도 및 미소결정 형태 츠정을 위해서 본 발명의 섬유가 X-선 분석으로 연구된다. 다음 표에 제시된 다른 셀룰로오스 섬유와 비교도 수행된다. 마이크로 데니어 섬유에 대한 데이터가 실시예2의 원심방적사로부터 취해진다.
표 1
다양한 셀룰로오스 섬유의 결정 성질
섬유 본 마이크로 데니어 섬유 일반적 라이오셀 Tencel 목화
결정성 지수 67% 65% 70% 85%
소결정 셀룰로오스II 셀룰로오스II 셀룰로오스II 셀룰로오스I
개별 섬유의 인장강도 측정에 어려움이 있으므로 다음 강도는 추정이다. 본 발명의 마이크로 데니어 섬유가 다른 섬유와 비교된다.
표 2
섬유 물성 측정
섬유 목화 남부 소나무 레이온(1)실크 원심방적 라이오셀 Tencel
길이cm 4 0.5 40 >104가변적 가변적
직경μm 20 40 16 10 5 12
강도g/d 2.5-3.0 --- 0.7-3,2 2.8-5.2 2.1 4.5-5.0
(1)비스코스 공정
5μm의 평균 직경을 갖는 원심 방적 라이오셀은 0.25데니어의 섬유에 대응한다.
본 발명 섬유의 거친 표면은 내부 광택제거제 없이 낮은 광택을 가져온다. 광택은 측정하기 어려운 성질이므로 다음 테스트는 실시예2의 방법으로 제조된 섬유와 시판 라이오셀 섬유의 차이를 보여준다. 작은 습식 쉬이트가 각 섬유로 제조되고 반사율이 측정된다. 실시예2의 반사율은 5.4%이고 시판 섬유는 16.9%이다.
실시예5:섬유길이를 따라 가변성 계수 계산에 사용하는 원심방적사 제조
사용된 셀룰로오스 도프와 섬유는 실시예1 및 2에 따른다.
실시예6:섬유길이를 따라 가변성 계수 계산에 사용하는 멜트블로우잉 섬유(1홀) 제조
다음 방식으로 도프가 제조된다. 2300g 건조 NB416크라프트 펄프가 플라스틱 용기에서 5.0%황산용액 14kg과 혼합된다. 산 처리 이전에 건조 안된 NB416의 평균D.P.는 1400이고 헤미셀룰로오스 함량은 13.6%이고 구리값은 0.5이다. 펄프와 산 혼합물을 1.5시간 97℃에 유지하고 실온에서 2시간 냉각하고 pH가 5.0-7.0이 될 때까지 물로 세척한다. 산 처리된 펄프의 평균 D.P.는 ASTM D1795-62로 측정시 600이고 헤미셀룰로오스 함량은 13.8%이다(산 처리된 펄프와 처리안된 펄프의 D.P.의 차이는 통계적으로 중요하지 않다). 산 처리된 펄프의 구리값은 2.5이다.
산 처리된 펄프가 건조되고 일부는 NMMO에 용해된다. 9g의 건조, 산 처리된 펄프가 61.7g의 97% NMMO, 21.3g의 50% NMMO 및 0.025g의 프로필 갈레이트 혼합물에 용해된다. 혼합물을 함유한 플라스크를 120℃에서 오일 조에 담기고 0.5시간 교반이 계속된다.
결과의 도프가 120℃에 유지되고 단일 구멍 실험실 멜트블로우잉 헤드에 공급된다. 노즐 부위 구멍에서 직경은 483μm이고 길이는 2.4mm이고 L/D는 5이다. 구멍 바로 위에 위치된 착탈식 동축 모세관은 직경이 685μm길이는 80mm이고 L/D는 116이다. 구멍과 모세관 사이의 전이지대 각도는 118°이다. 공기 전달 포트는 이들 사이에 등거리로 위치된 구멍을 갖는 평행 슬롯이다. 에어 갭의 폭은 250μm이고 코 부위의 폭은 1.78mm이다. 공기 슬롯과 모세관 및 노즐의 중심선 사이의 각도는 30°이다. 스크루에 의해 활성화된 양 변위 피스톤 펌프에 의해 압출 헤드에 도프가 공급된다. 고온 와이어 기기로 측정된 공기 속도는 3660m/분이다. 공기는 전기 가열된 압출 헤드 내에서 방출점에서 60-70℃로 데워진다. 도프가 존재하지 않은 모세관 내의 온도는 입구 단부에서 80℃이고 노즐 출구 바로 앞에서 140℃이다. 공정 조건 하에서 노즐 및 모세관에 있는 도프 온도 측정은 불가능하다. 평형 조건에서 도프로 연속 섬유가 형성된다. 각 도프로 유사한 섬유 직경을 얻기 위해서 산출량은 다소 가변적이지만 분당 1g이상의 도프이다. 최적의 실시 조건에서 섬유 직경은 9-14μm이다.
압출헤드 200mm 아래 지점에서 하강하는 섬유에 미세한 물 분무가 향하고 하강 섬유 선속도의 1/4의 표면 속도로 작동하는 롤에 섬유가 포획된다.
헤드의 모세관 지대가 제거되면 목화 데니어 범위의 연속 섬유가 형성될 수 없다. 모세관은 연속 섬유 형성과 다이 스웰링 감소에 중요하다.
섬유 데니어는 조절 가능한 인자에 달려있다. 이들 중에 용액 고체 함량, 압축기 헤드에서 용액 압력 및 온도, 구멍 직경, 공기 압력, 및 멜트블로우잉 및 원심방적 기술에서 공지된 다른 변수가 있다. 목화섬유 범위(10-20μm의 평균 직경)의 라이오셀 섬유가 구멍 1개당 1g/분 이상의 도프 산출량으로 멜트블로우잉 기술에 의해 일정하게 제조될 수 있다.
실시예7:섬유길이를 따라 가변성 계수 계산에 사용하는 멜트블로우잉 섬유(20홀) 제조
다음 방식으로 도프가 제조된다. 2300g 건조 NB416크라프트 펄프가 플라스틱 용기에서 5.0%황산용액 14kg과 혼합된다. 산 처리 이전에 건조 안된 NB416의 평균 D.P.는 1400이고 헤미셀룰로오스 함량은 13.6%이고 구리값은 0.5이다. 펄프와 산 혼합물을 1.5시간 97℃에 유지하고 실온에서 2시간 냉각하고 pH가 5.0-7.0이 될 때까지 물로 세척한다. 산 처리된 펄프의 평균 D.P.는 ASTM D1795-62로 측정시 600이고 헤미셀룰로오스 함량은 13.8%이다(산 처리된 펄프와 처리안된 펄프의 D.P.의 차이는 통계적으로 중요하지 않다). 산 처리된 펄프의 구리값은 2.5이다.
산 처리된 펄프가 NaBH4를 써서 구리값0.6으로 환원되고 pH6-7로 세척되고 건조되고 일부는 NMMO에 용해된다. 9g의 건조, 산 처리된 펄프가 1100g의 NMMO와 0.25g의 프로필 갈레이트 혼합물에 용해된다. 혼합물을 함유한 스테인레스강 비이커를 120℃에서 오일 조에 담기고 1시간 교반이 계속된다.
결과의 도프가 120℃에 유지되고 20개 구멍 실험실 멜트블로우잉 헤드에 공급된다. 노즐 부위 구멍에서 직경은 400μm이고 길이는 2.0mm이고 L/D는 5이다. 구멍 바로 위에 위치된 착탈식 동축 모세관은 직경이 626μm길이는 20mm이고 L/D는 32이다. 구멍과 모세관 사이의 전이지대 각도는 118°이다. 공기 전달 포트는 이들 사이에 등거리로 위치된 구멍을 갖는 평행 슬롯이다. 에어 갭의 폭은 250μm이고 코 부위의 폭은 1.0mm이다. 공기 슬롯과 모세관 및 노즐의 중심선 사이의 각도는 30°이다. 스크루에 의해 활성화된 양 변위 피스톤 펌프에 의해 압출 헤드에 도프가 공급된다. 고온 와이어 기기로 측정된 공기 속도는 3660m/분이다. 공기는 전기 가열된 압출 헤드 내에서 방출점에서 60-70℃로 데워진다. 도프가 존재하지 않은 모세관 내의 온도는 입구 단부에서 80℃이고 노즐 출구 바로 앞에서 130℃이다. 공정 조건 하에서 노즐 및 모세관에 있는 도프 온도 측정은 불가능하다. 평형 조건에서 도프로 연속 섬유가 형성된다. 각 도프로 유사한 섬유 직경을 얻기 위해서 산출량은 다소 가변적이지만 구멍 1개에 분당0.6g이상의 도프이다. 최적의 실시 조건에서 섬유 직경은 9-14μm이다.
압출헤드 200mm 아래 지점에서 하강하는 섬유에 미세한 물 분무가 향하고 하강 섬유 선속도의 1/4의 표면 속도로 작동하는 롤에 섬유가 포획된다.
헤드의 모세관 지대가 제거되면 목화 데니어 범위의 연속 섬유가 형성될 수 없다. 모세관은 연속 섬유 형성과 다이 스웰링 감소에 중요하다.
섬유 데니어는 조절 가능한 인자에 달려있다. 이들 중에 용액 고체 함량, 압축기 헤드에서 용액 압력 및 온도, 구멍 직경, 공기 압력, 및 멜트블로우잉 및 원심방적 기술에서 공지된 다른 변수가 있다. 목화섬유 범위(10-20μm의 평균 직경)의 라이오셀 섬유가 구멍 1개당 0.6g/분 이상의 도프 산출량으로 멜트블로우잉 기술에 의해 일정하게 제조될 수 있다.
비교실시예1:섬유길이를 따라 가변성 계수 계산에 사용하는 TITK 라이오셀 섬유 제조
TITK섬유가 Thuringisches Institut fur Textil und Kunstoff Forschunge V.,Breitscheidstr.97,D-07407 Rudolstadt, Germany(TITK)에 의해 제조된다. 산 처리된 펄프(헤미셀룰로오스 함량은 13.6%이고 셀룰로오스 평균 D.P.는 600)로 도프가 제조된다. 처리된 펄프가 95℃에서 약 2시간 NMMO에 용해되고(셀룰로오스 농도는 13.0중량%) 미국특허 5417909에 발표된 섬유를 연속 인발하는 건식/제트 습식 공정에 의해 섬유로 방적된다.
비교실시예2:섬유길이를 따라 가변성 계수 계산에 사용하는 Tencel 및 Tencel A-100 섬유 제조
Tencel 섬유는 시판된다. 사용된 샘플은 Acoridis 및 텍사스 기술 대학의 국제 직물 센터(ITC)에서 수득된다. Tencel A-100는 Acoridis(UK)로부터 획득된다.
실시예8:섬유길이를 따라 가변성 계수 계산
실시예5-7과 비교실시예1-2의 방법으로 수득된 섬유에서 샘플 섬유가 무작위로 선택된다. 섬유를 2인치 이하로 절단한다. 절단된 섬유 샘플로부터 200개 미만이 취해진다. 직경 측정에 광학 현미경이 사용된다. 섬유 직경 판독을 위해 현미경에 대안렌즈가 장착된다. 직경을 정확히 측정하기 위해 1060의 배율이 사용된다. 섬유 길이를 따라 1인치의 1/100마다 직경이 판독된다. 직경은 섬유의 한 면에서 반대 면까지이다. 모든 직경의 합을 판독 횟수로 나누어 평균 직경이 계산된다. 각 판독에 대해 표준편차가 계산된다. 가변성 계수(CV)는 평균직경으로 나눈 표준 편차의 합이다. 이 수치에 100을 곱하여 백분율이 얻어진다.
CV결과가 표3에 제시된다. 표3의 데이터로부터 25.4%로 최고의 CV를 보이는 섬유가 원심방적사이고 11.5마이크론의 평균직경을 갖는다. 멜트블로우잉 섬유의 경우 최고의 CV는 14.8%이고 직경은 24.5마이크론이다. 13-14마이크론의 평균직경을 갖는 멜트블로우잉 섬유는 13.6-13.7%의 CV를 제공한다. 크고 작은 멜트블로우잉 섬유는 비교적 작은 CV를 제공한다. 연속 인발된 TITK섬유는 5.4-6.1%의 CV를 갖는다. 연속 인발된 Tencel 및 Tencel A-100 섬유는 5.2 및 5.9%의 CV를 보인다. 멜트블로우잉 섬유 및 원심방적사는 연속 인발된 라이오셀 섬유에 비해서 높은 CV를 갖는다.
표 3
섬유길이를 따라 직경 가변성
섬유직경(마이크론)CV(%)
멜트블로우잉(1홀)13.713.6
멜트블로우잉(1홀)24.914.8
멜트블로우잉(20홀)13.113.7
멜트블로우잉(20홀)30.712.6
멜트블로우잉(20홀) 5.5 7.6
원심방적34.210.9
원심방적17.514.3
원심방적11.524.4
TITK라이오셀13.06.1
TITK라이오셀13.55.4
Tencel13.55.2
Tencel A-10010.85.9

Claims (14)

  1. 연속 인발 공정에 의해 제조된 라이오셀 섬유의 길이를 따라 단면 구성 및 직경에서의 가변성에 비해서 더 큰 섬유의 길이를 따른 단면 구성 및 직경 가변성을 특징으로 하는 라이오셀 섬유
  2. 제 1항에 있어서, 섬유가 직경이 1데니어 미만인 섬유 혼합물을 포함함을 특징으로 하는 라이오셀 섬유
  3. 제 1항의 섬유를 포함한 방적된 얀
  4. 제 1항에 있어서, 습식 마모 조건 하에서 피브릴화 경향이 자고 염료 수용성이 큼을 특징으로 하는 라이오셀 섬유
  5. 제 1항에 있어서, 개별화되고 연속적인 라이오셀 섬유
  6. 제 1항에 있어서, 섬유의 일부가 5.5마이크론 이상의 평균 직경을 가짐을 특징으로 하는 라이오셀 섬유
  7. 제 1항에 있어서, 섬유의 일부가 6.5%이상의 가변성 계수를 가짐을 특징으로하는 라이오셀 섬유
  8. 제 7항에 있어서, 섬유의 일부가 7.0%이상의 가변성 계수를 가짐을 특징으로 하는 라이오셀 섬유
  9. 제 8항에 있어서, 섬유의 일부가 10%이상의 가변성 계수를 가짐을 특징으로 하는 라이오셀 섬유
  10. 제 7항에 있어서, 섬유가 멜트블로우잉 됨을 특징으로 하는 라이오셀 섬유
  11. 제 10항에 있어서, 섬유의 일부가 12.6%이상의 가변성 계수를 가짐을 특징으로 하는 라이오셀 섬유
  12. 제 7항에 있어서, 섬유가 원심방적 됨을 특징으로 하는 라이오셀 섬유
  13. 제 12항에 있어서, 섬유의 일부가 10.9%이상의 가변성 계수를 가짐을 특징으로 하는 라이오셀 섬유
  14. 제 1항에 있어서, 섬유의 일부가 6.5-25.45%의 가변성 계수를 가짐을 특징으로 하는 라이오셀 섬유
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