재생섬유 비스코스 레이온 Viscose rayon.

Presentation on theme: "재생섬유 비스코스 레이온 Viscose rayon."— Presentation transcript:

1 재생섬유 비스코스 레이온 Viscose rayon

2 일반 비스코스 레이온 Viscose rayon 고강력 비스코스 레이온 폴리노직

3 일반 비스코스 레이온 제조공정 원료 아황산 펄프(α-셀룰로오스를 많이 함유하고 있는 전나무류의 목재를 아황산으로 처리한 것) : 하이포염소산으로 표백하고 sheet상으로 사용. HClO 리그닌(lignin ; 페닐프로판을 골격으로 하는 구성 단위체가 축합하여 생긴 그물 모양 고분자 화합물, 세포간 접착제 역할), 각종 이물질 제거.

4 방사원액 제조 Steeping, press Steeping(침지) 약 90~94%의 순수 셀룰로오스를 함유하고 있는 펄프 시트를 온도와 습도가 일정하게 유지되는 곳에 일정 기간 방치한 후 정확한 무게를 칭량하고, 17.5%의 가성소다액에 1~4시간 침지 press(압착) 과량의 가성소다액을 함유한 펄프를 프레스로 압착 Cell-OH + NaOH → Cell-ONa + H2O 알칼리셀룰로오스

5 가성소다 회수 프레스에서 나온 가성소다액을 양피지(parchment)지로 만든 막을 통과시킨 후 새로 제조한 가성소다액을 첨가하여 재사용 shredding 알칼리 셀룰로오스를 20℃ 이하의 온도에서 2~3시간 분쇄하여 크럼(crumb)을 만드는 공정이다. 이때 분쇄되는 펄프에 따라 시간, 온도, 기계적인 작용이 달라진다. Ageing(노성) 비스코스 레이온의 점성 조정이 이루어지는 공정. 가수분해와 산화에 의하여 연쇄장(chain length)이 짧아진다.

6 xanthation 알칼리 셀룰로오스와 이황화탄소를 반응시켜 셀룰로오스 크산테이트 나트륨(sodium cellulose xanthate)을 제조하는 공정. Cell-ONa + CS Cell-OCSSNa mixing 크산테이트 크럼을 약 5~8% 가성소다액에 용해하는 공정. 크산테이션 반응 또는 부산물이 생성될 수 있기 때문에 낮은 온도를 유지하는 것이 중요.

7 filtration mixing에서의 용해단계가 끝난 후 비스코스에서 용해되지 않은 입자 및 불순물을 제거하는 공정 ripening 비스코스액을 10~18℃에서 4~5일간 방치하면 숙성이 일어남. 숙성 초기에는 점도가 떨어지지만 시간이 경과할수록 점도가 증가함에 따라 원래의 점도에 도달하며 방사에 적당한 액이 됨.

8 Wet spinning 방사원액을 방사구를 통해 방사한 다음 황산이 들어있는 응고욕을 통과시키면 물리, 화학적 반응이 동시에 일어나면서 레이온 필라멘트가 형성. 응고욕 황산(sulfuric acid, H2SO4) : 10%(w/w) 황산나트륨(sodium sulfate, Na2SO4) : 18%(w/w) 글루코오스(glucose, C6H12O6) : 2%(w/w) 황산아연(zinc sulfate, ZnSO4) : 1%(w/w) 물 : 69%(w/w) 온도 : 40~50℃

9 필라멘트 형성 초기에는 응고욕 내에서 비스코스가 응고되면서 스킨(skin)으로 둘러싸여진 필라멘트가 형성. 산이 필라멘트 내부로 침투함에 따라 알칼리의 중화. 이와 동시에 셀룰로오스 크산테이트가 셀룰로오스로 재생되며 이황화탄소가 생성된다. 2Cell-OCSSNa + H2SO4 → 2Cell-OH + 2CS2 + Na2SO4

10 스킨(skin)과 코어(core) 부분으로 구성. 스킨 부분은 팽윤성이 작고 코어부분은 팽윤성이 크다.
비스코스 레이온의 단면 형태 스킨(skin)과 코어(core) 부분으로 구성. 스킨 부분은 팽윤성이 작고 코어부분은 팽윤성이 크다. 두 부분의 물리적 성질이 다르기 때문에 비대칭 톱니 모양의 형태가 됨. 구조 결정화도 팽윤성 가수분해 스킨 대 소 코어

11 비스코스 레이온의 성질 강도 : 약 2.6g/d(아세테이트보다 강함) 습윤강도 : 12.4g/d(건조상태에 비해 46% 감소) 함수율 : 표준상태(20℃, 65%R.H)에서 12~13%. 탄성 : 크지 않음. 비중 : 1.52(양모 1.25~1.35 와 아세테이트 1.30~1.33에 비해 크다) 수분 흡수가 좋기 때문에 절연용으로 사용하기가 어렵고 일광에 의해 쉽게 열화(劣化)함. 열에 의해서 황변하며 산에 약하고 미생물의 공격을 받음. 면보다 쉽게 화학약품에 침해받으며 곰팡이 등에 의해서도 상해를 받음. 면보다 염료친화력이 크므로 염색이 잘 됨.

12 용도 치수안정성과 내구성이 요구되지 않는 코트의 안감 등에 필라멘트사가 주로 사용되며, 스테이플섬유는 부드러우면서 가벼운 챌리스(challis, 살리)직물의 제조 및 면, 폴리에스테르, 아마와 혼방하여 치수안정성을 보강시킨 직물에 이용된다 challis 모슬린(muslin) 종류. 방모사나 소모사로 짠 평직의 매우 부드럽고 가벼운 직물

13 고강력 비스코스 레이온 비스코스 레이온보다 고강력을 갖는 섬유 개발에 대한 필요성 증가
응고욕의 조성, 장치의 개조에 대한 연구 1912년 Napper에 의해 1%의 황산아연을 응고욕에 첨가함으로써 방사된 실의 강력과 유연도를 증가시킴.

14 포르티산(Fortisan) 코듀라(Cordura)
스팀을 사용하여 압력 하에서 셀룰로오스 아세테이트를 신장시킨 후 알칼리로 비누화하여 재생 셀룰로오스를 제조한 것. 코듀라(Cordura) 제조 원리는 비스코스 레이온과 거의 유사함. 다음과 같은 공정 변화를 통해 고강력을 얻는 방식으로 제조. ① 셀룰로오스의 높은 중합도 유지 ② 방사원액의 여과 개선-여과포의 빈번한 교체 ③ 150% 정도의 높은 신장(응고욕에 아연농도를 증가시키면 크산테이트가 스킨 위에서 응고되므로 셀룰로오스의 재생을 느리게 하여 신장을 할 수 있음.)

15 테나스코(Tenasco) 두라필(Durafil) 응고욕에 더 많은 황산아연을 첨가하고 응고욕 온도가 높음.
비스코스 레이온 S.F섬유로서 셀룰로오스의 재생에 있어서 아민류와 폴리에틸렌옥시드 같은 개질제(modifier)를 사용하여 제조. 전체가 스킨 구조이고 원형 단면을 취함.

16 슈퍼섬유 제4급 암모늄 화합물과 폴리에틸렌 옥시드 같은 물질을 응고욕에 사용. 크산테이트로부터의 셀룰로오스 재생속도를 늦추고 섬유의 강력을 증가시킨 것. 응고욕의 조성은 85 황산, 14% 황산소다, 15% 황산아연으로 구성.

17 High wet strength viscose rayon
폴리노직 Polynosic High wet strength viscose rayon 1933년 독일 BASF(Badische Anilin und Soda Fabrik) 라누사(lanusa) 1951년 일본 토라모멘(Toramomen)과 벨기에, 스위스, 프랑스 Z54 특징 1. 비스코스 레이온 보다 셀룰로오스에 대한 화학적 처리조건이 덜 가혹하므로 500~700의 높은 중합도를 유지한다. 2. 비스코스의 응고가 천천히 일어나고 크산테이트가 다시 셀룰로오스로 재생되기 전에 신장이 가해지기 때문에 마이크로피브릴 구조를 갖고 있다. 3. 면과 비스코스 스테이플의 장점만을 가지고 있다.

18 제조공정상의 특징 1. 알칼리 셀룰로오스의 노성(ageing)단계가 없음. 2. 셀룰로오스 크산테이트는 3%의 묽은 알칼리 대신 물에 용해 3. 셀룰로오스 크산테이트 용액의 숙성(ripening)단계가 없음. 4. 방사욕은 매우 낮은 농도의 산과 염이 거의 들어 있지 않은 액으로 구성.

19 구조 및 성질 ① 미세구조는 피브릴 형태. ② 섬유의 단면은 원형.
③ 건조강도와 습윤강도 및 습윤강도/건조강도의 비는 비스코스 레이온보다 크다. ④ 절단 신장도는 건, 습 모두 비스코스 레이온보다 작다. ⑤ 초기 습윤탄성률이 높고 습윤상태에서 변형으로부터 탄성회복률이 우수하여 세탁에서의 치수안정성이 좋다. ⑥ 비스코스 레이온보다 알칼리에 대한 용해도가 작음. ⑦ 촉감이 면에 가깝고 광택은 해도면 또는 견방적사와 비슷하다. ⑧ 물에서의 팽윤과 흡수가 아주 적기 때문에 염료에 대한 친화력이 낮다. ⑨ 염색은 면에 사용하는 염료를 쓰는데 배트, 아조익, 인디고솔 및 프로시온 형태의 반응성 염료가 이용된다. ⑩ 수지가공은 면에 이용하는 방법과 비슷한 방법을 이용하는데, 수지가 폴리노직으로 된 직물에 상해를 주지 않는다.

20 용도 방적사와 같은 비금속성 광택을 나타내므로 드레스 직물에 사용. 특히 태피터, 포플린, 베드퍼드(bedford, 코듀러리 유사직물) 직물과 매더폴럼(madapolam, 두꺼운 평직 면포)의 제조에 사용된다. 치수안정성이 우수하므로 커튼직물에 적합.

21 재생섬유 리오셀 Lyocell

22 Rayon산업의 문제점 합성섬유 개발에 따른 수요 감소 면과의 경합에서 패배 원료 펄프의 가격 인상 생산공정에 사용하는 화학약품(특히 CS2)으로 인한 직업병 발생과 환경오염 문제 대두

23 이황화탄소 CS2 맹독성 약품. 호흡이나 피부접촉에 의해 인체에 흡수되어 중독 유발. 그 결과 환각상태에 빠지고, 점막이 손상되고, 구토를 하며 심한 경우 경련과 의식불명이 됨. 진한 용액은 피부 화상을 일으킴. 황산 H2SO4, 황화수소 H2S 방사 후 섬유를 응고시킬 때 사용 대기와 수질오염의 원인물질

24 원진레이온 주식회사 1964년에 화신그룹의 총수 박흥식이 일본 동양레이온(현 도레이)의 중고 기계를 들여와 1966년에 경기도 남양주시 도농동에서 설립. 대한민국 유일의 비스코스 인견사 생산 공장 에 소재했다. 흥한화학섬유라는 이름으로 설립, 한때 호황을 누리며 흑자를 냄. 1960년대 중반 이후 합성섬유에 밀려 한계 국면을 맞이함. 노동자를 보호하려는 안전설비가 결여되어 수많은 노동자를 신경독가스의 원료로 쓰이는 치명적인 유해물질인 이황화탄소에 노출시킴으로써 이황화탄소 중독 증세를 보였다. 창립 29년 만인 1993년 6월 8일 폐업.

25 방사과 노동자들은 월정규 근로시간 200시간 동안과 그 외에 평균 120시간씩의 초과 노동시간 동안에 인체에 치명적인 피해를 주는 이황화탄소와 황화수소 가스에 무방비 상태로 노출.
이황화탄소 중독으로 인해 팔, 다리마비와 언어장애, 기억력 감퇴, 정신이상, 성 불능, 콩팥기능 장애 등의 증상으로 고생을 함.

26 리오셀(Lyocell)의 개발 목표 독성과 공해문제를 해결하고 물에 젖었을 때도 성능이 좋은 셀룰로오스 재생섬유를 목표.
리오셀 섬유는 생산 공정에서 일체의 오염물질이 발생하지 않음, 생산 공정 시 유일하게 사용되는 용매인 아민옥사이드(R3N+-O−)는 거의 95% 이상이 수거되어 재사용함. 폐기 시에도 한 달 동안 땅에 묻으면 생분해됨. 이러한 이유로 리오셀은 ‘친환경 섬유’라고 불리기도 함.

27 Lyocell명칭의 유래 1989년 섬유표준용어를 제정하는 국제적인 기구인 비스파(BISFA)로
Lyocell : 그리스어로 Lyo(용제) + Cell(셀룰로오즈)의 합성어. 특수하게 재배된 천연 펄프를 주원료로 하여 만들어진 용제방사 섬유소계 섬유. 일본에서는 이와 별도로 ‘정제 셀룰로오즈 섬유’라 분류하고 있음.

28 Lyocell 생산 아크조노벨(Akzo Nobel,네)사 : 최초 특허 보유
코툴즈(Courtaulds, 영)사 : 상업생산에 성공 텐셀(Tencel) 브랜드로 생산. 한일합섬 + KIST 공동연구 : Cocel개발(1995), 상업화(2001)

29 Lyocell 제조공정 용매 회수

30 Lyocell 섬유의 성질 비스코스 레이온 : 습윤강도 저하율 50% 리오셀 : 습윤강도 저하율 10% 이내.
다른 재생섬유보다 강도가 훨씬 강하며 폴리에스테르의 인장강도와 거의 비슷함. 리오셀과 다른 섬유의 강신도 곡선 비교

31 Lyocell 섬유의 성질 Lyocell 제조상 잇점
단면 형태 : 둥글고 매끄러워 개면(opening)과 소면(carding)공정에서 균일하고 nep이 없는 소면사를 만들 수 있음. 중합도 : 560 결정화도 : 다른 재생셀룰로오스 섬유에 비해 높아서 50% 정도. Lyocell 제조상 잇점 용매 회수성 용매 재활용 제조 원가 절감, 하천 및 대기오염 방지