KR101188645B1 - 이축 압출기를 사용하여 ｐｐｔａ를 황산에 용해시키는방법 - Google Patents

이축 압출기를 사용하여 ｐｐｔａ를 황산에 용해시키는방법 Download PDF

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Abstract

진입 구역, 중간 구역, 혼합 구역, 네가티브 수송 구역, 탈기 구역 및 압력 증강 구역을 포함하는 수송, 혼합 및 혼련 부재를 갖는 이축 압출기를 사용하여 PPTA 또는 이의 공중합체를 황산에 용해시키는 방법으로서,
? PPTA 또는 이의 공중합체를, 황산이 진입 구역으로 진입하는 것을 방지하기에 충분히 낮은 수송 용량에서 진입 구역으로 수송하는 단계,
? 황산을 진입 구역 또는 중간 구역에 도입하는 단계,
? 혼합 구역을 본질적으로 완전히 충전시켜 PPTA 또는 이의 공중합체를 황산에 충분한 시간 동안 혼합 및 용해시켜 PPTA 또는 이의 공중합체 - 황산 용액을 수득하는 단계,
? 혼합 구역 다음에, 네가티브 수송 구역을 만들어 혼합 구역과 탈기 구역 사이에 생성물 록을 수득하는 단계,
? 탈기 구역에서 PPTA 또는 이의 공중합체 - 황산 용액의 박막을 생성하여 용액을 탈기시키는 단계 및
? 용액을 압력 증강 구역으로 진입시켜 당해 구역을 부분적으로 충전시키고 이축 압출기를 빠져나가도록 하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다.
PPTA, 황산, 이축 압출기, 진입 구역, 중간 구역, 혼합 구역, 네가티브 수송 구역, 탈기 구역, 압력 증강 구역.

Description

이축 압출기를 사용하여 ＰＰＴＡ를 황산에 용해시키는 방법{Method for dissolving PPTA in sulfuric acid using a twin screw extruder}
본 발명은 이축 압출기를 사용하여 PPTA[폴리(파라-페닐렌-테레프탈아미드)의 약어] 또는 이의 공중합체를 황산에 용해시키는 방법에 관한 것이다.
PPTA의 용해방법은 당해 기술분야에 공지되어 있다. 일반적인 방법은 반응기 또는 혼련기 속에서 액상 황산에 PPTA를 용해시키고 형성된 용액을 탈기시킴을 포함한다. 당해 방법은 85℃의 온도에서 약 4시간이 소요되며, 중합체 또는 공중합체의 분해가 발생된다.
또 다른 방법으로, 저온(25℃ 미만)에서 PPTA와 (동결)빙황산을 혼합한 다음, 생성된 고용체를 용융 및 탈기시킨다. 당해 방법은 약 6시간이 소요되고 넓은 체류 시간 분포를 갖는다. 당해 방법은 PPTA 함량이 17.5 내지 19.8중량%인 혼합물로 제한된다. 황산 중의 PPTA 17.5중량% 미만에서는 상당량의 규격외(off-spec) 물질이 형성된다. 추가로, 형성된 고용체가 지나치게 점착성이 되고/되거나 추가로 용이하게 가공될 수 없는 큰 덩어리(lump)로 형성되기 때문에, 공중합체는 용해될 수 없거나 용해가 어렵게 된다. 따라서, 이러한 공지된 방법들은 고유의 단점을 갖는다.
본 발명의 목적은 위의 문제에 대한 해결책을 제공하는 것이다. 이를 위하여, 위의 단점들이 없는 신규한 방법이 개발되었다. 따라서, 본 발명은 진입 구역, 중간 구역, 혼합 구역, 네가티브 수송 구역, 탈기 구역 및 압력 증강 구역을 포함하는 수송, 혼합 및 혼련 부재를 갖는 이축 압출기를 사용하여 PPTA 또는 이의 공중합체를 황산에 용해시키는 방법으로서,
? PPTA 또는 이의 공중합체를, 황산이 진입 구역으로 진입하는 것을 방지하기에 충분히 낮은 수송 용량에서 진입 구역으로 수송하고, 황산을 고전단 조건에서 중간 구역에 진입시켜 임의로 형성된 겔 층을 제거하는 단계,
? 황산을 진입 구역 또는 중간 구역에 도입하는 단계,
? 혼합 구역을 본질적으로 완전히 충전시켜 PPTA 또는 이의 공중합체를 황산에 충분한 시간 동안 혼합 및 용해시켜 PPTA 또는 이의 공중합체 - 황산 용액을 수득하는 단계,
? 혼합 구역 다음에, 네가티브 수송 구역을 만들어 혼합 구역과 탈기 구역 사이에 생성물 록(product lock)을 수득하는 단계,
? 탈기 구역에서 PPTA 또는 이의 공중합체 - 황산 용액의 박막을 생성하여 용액을 탈기시키는 단계 및
? 용액을 출력 압력 증강 구역으로 진입시켜 당해 구역을 부분적으로 충전시키고 이축 압출기를 빠져나가도록 하는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다.
이축 압출기는 그 자체로 당해 기술분야에 공지되어 있고 중합체를 혼합하고 압출시키는 데 사용된다. 예를 들면, 네덜란드 특허공보 제8500429호에는 이축 압출기를 사용하여 테이프, 필름, 튜브 등의 제조에 적합한, 폴리에틸렌 혼합물을 수득하는 방법이 기재되어 있다. 다른 문헌, 예를 들면, 유럽 특허공보 제821708호에는 지방족 디아민과 지방족 디카복실산을 중합시켜 비방향족 폴리아미드(즉, 나일론)를 수득하는 데 사용하기 위한 이축 압출기가 기재되어 있다. 폴리에틸렌 또는 폴리아미드 이외의 다른 중합체에 대한 용도 또는 방사 원액(spin dope)을 제조하기 위한 이의 용도는 기재되어 있지 않다.
본 발명을 다음의 도면으로 설명한다.
도 1a 및 도 1b는 이축 압출기의 모식도를 나타낸다.
도 2a 및 도 2b는 단일 및 이중 플라이티드형 수송 부재(flighted transport element)를 나타낸다.
도 3은 혼합 특성을 갖는 수송 부재를 나타낸다.
도 4는 수송 특성이 없는 혼합 부재를 나타낸다.
본 발명에 사용된 이축 압출기의 모식도를 도 1a에 나타낸다. PPTA 및/또는 이의 공중합체(a)를 압출기의 진입 부분(호퍼)(1)으로 투입하고 중간 구역(2)으로 수송한다. 황산(b)을 압출기의 중간 구역(2) 및 (3)으로 주입하고(황산이 호퍼로 역류하여 심각한 문제를 일으키지 않도록 황산을 진입 구역으로 주입하지 않는다) PPTA 중합체와 함께 혼합 부분(4)으로 수송한다. 혼합 부분(4)에서 PPTA 중합체와 황산을 격렬하게 혼합한다. 이른바 혼합 부재에 의한 혼합으로 많은 많은 열 소산이 발생되어 혼합 공정과 동시에 용해 공정이 발생한다. 혼합 동안의 열 소산 및 용해 에너지는 전체 공정을 거의 단열적으로 수행하기에 충분하다. PPTA(또는 공중합체)가 용해된 후, 용해물을 탈기시킬 수 있다. 탈기 공정을 수행하기 위해서는 우선 네가티브 수송 구역(5)에서 생성물 록을 수행한다. 이제 용해물을 저압((c), 예를 들면, 절대압 40mbar)하에 탈기시킬 수 있다. 탈기된 용액, 이른바 방사 원액(d)을 압력 증강 부분(6)에 의해 특정 압력에서 압출기 외부로 수송한다.
본 발명에서 사용되는 또 다른 이축 압출기의 모식도를 도 1b에 나타낸다. PPTA 및/또는 이의 공중합체(a)를 압출기의 진입 부분(1)으로 투입한다. 황산(b)을 압출기의 진입 구역으로 주입하고 PPTA 중합체와 함께 혼합 부분(2)으로 수송한다. 혼합 부분(2)에서 PPTA와 황산을 격렬하게 혼합한다. 이른바 혼합 부재에 의한 혼합은 많은 열 소산을 발생시켜 혼합 공정과 동시에 용해 공정이 발생한다. 혼합 동안의 열 소산과 용해 에너지는 전체 공정을 거의 단열적으로 수행하기에 충분하다. PPTA(또는 공중합체)를 용해한 후, 용해물을 탈기시킬 수 있다. 탈기 공정을 수행하기 위하여 우선 네가티브 수송 구역(3)에서 생성물 록을 수행한다. 이제 용해물은 감압((c), 예를 들면, 절대압 40mbar)하에 탈기시킬 수 있다. 탈기된 용액, 이른바 방사 원액(d)은 특정 압력에서 압력 증강 부분(4)에 의해 압출기 외부로 운송된다.
도 2a 및 도 2b에는 압출기의 몇 가지 구역에 사용되는 포지티브 또는 네가티브의 운반 부재가 나타나 있다.
a) 압출기의 진입 구역
운반 부재는 PPTA 중합체(또는 이의 공중합체)를 압축시키지 않고 혼합 구역 쪽으로 수송하는 기능을 갖는다. 중합체가 압축되면 용해하기가 더 어려운 중합체의 응고물이 유도된다. 당해 구역에서는 단일(도 2a) 및 이중 플라이티드형 포지티브(도 2b)의 긴 리드(long lead) 운반 부재가 사용될 수 있다.
b) 생성물 록
운반 부재는 혼합 구역과 탈기 구역 사이에 배리어를 형성하는 기능을 한다. 이 배리어는 이른바 생성물 록으로, 네가티브 운반 부재에 의해 달성된다. 효율적인 생성물 록을 달성하기 위해서는 짧은 리드의 부재가 사용되어야 하며, 리드 길이는 압출기의 길이에 대하여 짧은 것으로 정의된다. 적합한 길이는 약 0.5 내지 약 0.75D의 범위 내이다.
c) 탈기 구역
운반 부재는 탈기 구역에 박막을 생성하는 기능을 하는데, 이는 부재가 강한 수송을 제공하여야 함을 의미한다. 강한 운송을 달성하기 위해서는 긴 리드 부재가 사용되어야 한다. 적합한 길이는 약 1.25 내지 약 3D mm이다.
d) 압력 증강 구역
운반 부재는 압출기의 짧은 통로 내에서 소정의 압력 수준을 생성하는 기능을 한다. 이러한 압력 수준을 효율적으로 생성하기 위하여, 운반 부재는 짧은 리드를 지녀야 한다. 적합한 길이는 약 0.5 내지 약 0.75D mm이다.
도 3에는 압출기의 혼합 구역에 사용되는 자유 수송 부재가 나타나 있다.
이들 부재의 주요 기능은,
? PPTA(또는 이의 공중합체)와 황산을 분배적으로 혼합하고 황산 중의 저농도 PPTA(또는 이의 공중합체)의 중합체 입자 주위의 겔 블록킹 층을 제거하고,
? PPTA(또는 이의 공중합체)를 황산에 용해시킨다. 이러한 용해 공정은 소 정 시간을 요하는 확산 관련 공정이다.
따라서, 혼합 구역에서는 수송 기능이 없는 혼합 부재가 사용되어야 한다.
도 4는 압출기의 혼합 구역에 사용되는, 차단 플라이트형 부재를 나타낸다.
이들 부재의 주요 기능은
? 혼합 부재 및 생성물 록을 통하여 PPTA(또는 이의 공중합체)/황산을 수송하고,
? PPTA(또는 이의 공중합체)와 황산을 분배적으로 혼합하고 황산 중의 저농도 PPTA(또는 이의 공중합체)의 중합체 입자 주위의 겔 블록킹 층을 부분적으로 제거한다.
따라서, 혼합 구역에서는 차단된 플라이트를 갖는 수송 부재가 사용되어야 한다.
수송, 혼합 및 혼련 부재 등의 다수의 상이한 부재를 갖는 스크류 형태가 구성될 수 있다.
PPTA 또는 공중합체를 황산에 용해시키는 공정을 수행하기 위하여, 다음의 스크류 형태가 바람직하다:
진입 구역 부재의 길이는 바람직하게는 1 내지 6D, 보다 바람직하게는 3 내지 6D(여기서, D는 스크류의 직경(mm)이다)이고, 6 내지 9D 정도로 길 수 있으며, 단일 또는 이중 플라이트될 수 있는 수송 부재가 장착되어 있다. 도 2a 및 도 2b에서는, 단일 및 이중 플라이티드형 구조물이 각각 나타나 있다. 단일 및 이중 플라이티드형 부재는 운반 동안 중합체의 압축을 발생시키지 않는 익히 공지된 운반 부재이다.
수송 특성을 갖지 않거나(도 3 참조, 예: W&PP Igel 또는 Hedgehog 및/또는 일렬/다열 톱니형 혼합 ZME; Berstorff 일렬 또는 다열 톱니형 혼합 ZB 및 Clextral 다열 톱니형 혼합 BMEL) 차단 수송 특성을 갖는(도 4 참조, 예: W&P형 SME 또는 Berstorff형 EAZ-ME) 부재를 사용하는 혼합 및 용해 구역의 길이는 15 내지 30D, 바람직하게는 20 내지 23D이다. 수송 특성을 갖지 않는 혼합 부재는 운반을 실시하지 않고, 따라서 생성물로 완전히 충전되어 분산 혼합 특성을 갖는 것을 특징으로 한다. 차단된 수송 특성을 갖는 혼합 부재는 운반 특성을 갖는 채널을 갖는다. 이러한 부재는 분배 혼합 특성을 가지며 완전히 충전될 필요가 없다.
용해 공정과 탈기 공정 사이의 생성물 록은 길이가 0.1 내지 10D, 바람직하게는 약 1D인 이른바 네가티브 수송 부재로 구성된다. 네가티브 수송 부재는 시계바늘 반대 방향의 채널을 가져서 역방향 수송을 일으킨다.
탈기 구역의 길이는 2 내지 20D, 바람직하게는 6 내지 8D이고 짧은 탈기 시간 동안 박막을 수득하는 수송 부재가 장착되어 있다. 이러한 부재는 긴 리드와 강한 운반 특성을 갖는 수송 부재이다.
압력 증강 구역의 길이는 약 2 내지 20D, 바람직하게는 6 내지 8D이고, 수송 부재로 구성된다. 이러한 부재는 짧은 리드(예를 들면, 0.5D의 길이에 걸친 2개의 플라이트) 및 강한 운반 특성을 갖는 수송 부재이다.
본 발명의 방법은 30분 미만, 종종 2 내지 10분, 통상적으로 약 4 내지 6분 소요된다. 짧은 체류 시간으로 인하여 분해가 거의 발생하지 않는다.
짧은 용해 시간은 또 다른 농도로 변화시킬 때 특히 중요한데, 또 다른 농도로 변화하면 체류 시간이 약 4배가 걸린다. 따라서, 이의 짧은 체류 시간을 갖는 당해 방법은 상이한 생성물 유형을 생성할 때 경제적으로 흥미를 끌만 하다. 또한, 당해 방법은 중합체 또는 공중합체, 예를 들면, 착색제, 전도성 제제, 마찰 개질제 등에 첨가제를 가하기에 매우 적합하다. 당해 첨가제들은 원칙적으로 압출기의 어느 부위에도 첨가될 수 있으며, 바람직하게는 압출기의 앞쪽에 첨가할 수 있다. 예를 들면, 고체는 유리하게는 호퍼에 첨가할 수 있다. 선행 기술분야의 방법에서는 저농도에서 또는 공중합체를 사용하는 경우에 다량의 규격외 물질을 발생시키는 고용체 단계가 존재하지 않기 때문에, 본 발명의 방법을 사용하여 모든 종류의 PPTA 또는 공중합체 농도를 제조할 수 있다.
탁월한 혼합 특성 때문에, 이축 압출기에서의 공정은 혼합 나노입자를 제조된 중합체 또는 공중합체의 용액으로 효과적으로 혼합하는 데도 사용될 수 있다. 본 발명에 따르는 이축 압출기를 사용하면 PPTA 또는 기타 아라미드 중합체 또는 공중합체를 황산에 매우 신속하게 용해시킬 수 있고, 혼합, 탈기 및 압력 증강이 하나의 장치에서 수행되고 임의의 아라미드 중합체 또는 공중합체라도 임의의 농도로 사용될 수 있다는 추가의 이점을 가질 수 있다. 당해 공정은 방사 공정과 함께 온라인으로 수행될 수 있으며 개선된 특성 및 감소된 분해성을 갖는 생성물을 유도한다.
추가로, 전체 용해 공정에 대한 총 에너지 소비량이 선행 기술의 방법에 비해 낮으므로, 용해 공정에 대한 장치의 전체 투자액은 공지된 수단에 필요한 투자액보다 적다.
놀랍게도, 또한, 이러한 신규한 방법에 따라 제조한 방사 원액으로 방사한 사는 공지된 방사 원액을 사용한 유사한 방적사보다 우수한 기계적 특성, 예를 들면, 더 높은 강도, 파단시 신도 및 파단 에너지 및 낮은 탄성률을 가짐이 밝혀졌다.
본 발명을 명백하게 하기 위한 것에 불과한, 다음의 비제한적 예로 본 발명을 추가로 예시한다.
투입 시스템
PPTA 또는 공중합체의 투입은 압출기의 진입 구역(호퍼)에서 발생한다. PPTA의 투입은 이른바 중량 손실 시스템에 의해 수행한다. 용해 장치가 어떠한 완충 용량이라도 거의 갖지 않는다는 사실 때문에 투여 시스템은 높은 정확도를 지녀야 한다.
황산(H2SO4)의 투입 시스템은 진입 구역 이후에 발생한다. H2SO4의 투입은 기어 펌프 또는 3헤드 플런지 펌프를 사용하여 수행한다. H2SO4의 유량은 필요량의 H2SO4를 투입하기 위하여 펌프의 주파수를 역행 조절하는 코리올리(corioli)의 관으로 측정하였다. 용해 장치는 어떠한 완충 용량이라도 거의 갖지 않으므로 투입 시스템이 높은 정확도를 지녀야 한다.
PPTA(또는 이의 공중합체)를 H2SO4에 용해시키는 것은 공정에 의한 마모 및 인열에 대하여 내성인 물질로 제조된 이축 압출기에서 발생한다.
압출기의 스크류 형태는 다수의 세부사항을 충족시켜야 하는데, 즉,
- 진입 구역에서의 수송은 PPTA/H2SO4에 대한 수송 용량이, 어떠한 H2SO4가 압출기의 호퍼로 도입되어 심한 문제를 일으키는 것을 방지하기에 충분한 방식으로 구성되고,
- 혼합/용해 구역은 이 구역이 완전히 충전되어 용해 공정에 충분한 시간을 제공하는 방식으로 고온 스팟(hot spot)을 도입하지 않고 용해에 대한 최대 용량을 달성하도록 구성되고,
- 혼합/용해 구역 이후 네가티브 수송 구역이 구성되어 용해와 탈기 구역 사이에 생성물 록을 생성하고,
- 탈기 구역이 PPTA/H2SO4 용해물의 박막이 생성되어 용액을 매우 단시간 내에(예를 들면, 2 내지 8초) 탈기시키는 방식으로 구성되고,
- 압력 증강 구역이 표준 출력 압력으로 당해 구역이 50% 충전되는 방식으로(즉, 압출기의 rpm 및 압력 증강 부재의 길이에 따라) 구성된다.
본 발명은 다음의 비제한적 실시예로 예시한다.
일반 공정
선형 밀도의 측정
기재된 방법은 공칭 선형 밀도(LD)가 200 내지 25,000dtex인, 모든 유형의 p-아라미드 필라멘트사의 선형 밀도의 측정에 적합하다.
원리
선형 밀도(LD)는 스케인(skein) 형태로 컨디셔닝된 사의 측정 길이를 계량하여 측정한다. 당해 사 길이는 명시된 장력하에 측정한다. LD의 단위는 데시텍스(dtex)이며, 1dtex는 10,000m의 길이당 1g의 질량으로서 정의된다.
공정
사를 45±5℃의 통풍 오븐에서 예비 건조시킨다.
표준 대기: 온도 20±2℃ 및 상대 습도 65±2%.
권취 동안의 사의 표준 예비장력(pretension)은 공칭 LD를 기준으로 측정하여 5±3.0mN/tex이다.
선형 밀도의 측정
정밀한 릴(reel)을 사용하여 예비장력하에 스케인을 구성한다. 공칭 선형 밀도에 좌우되는 스케인의 길이(L)는 아래의 표에 나타낸다.
스케인의 길이
공칭 선형 밀도
(dtex)		 스케인의 길이
(m)
200 - 6000 20
6,000 - 25,000 10
계산
각각의 스케인의 선형 밀도(LD)는 다음 수학식으로 계산한다:
Figure 112007030200196-pct00001
[여기서, M은 스케인의 질량(mg)이고, L은 스케인의 길이(m)이다]
선형 밀도(LD)는 표준 편차 sn-1를 포함하는 n회의 측정치의 평균으로서 계산한다. 평균 값은, LD = dtex(sn-1)로 제시된다.
힘-신도(Force-Elongation)의 측정
당해 방법은 공칭 LD가 200 내지 50,000dtex인, 모든 유형의 트와론 필라멘트 사의 힘-신도 특성의 측정에 적합하다.
원리
시험편(보호 트위스트가 제공됨)을 인장 시험기(CRE 유형)의 클램프에 설치하고, 이를 파열시까지 인장시킨다.
파단력(BF)과 파단시 신도(EAB) 및 기타 다양한 인장 특성은 테스터에 연결된 컴퓨터 시스템에 의해 제공된다.
공기압 폐쇄 클램프:
10,000dtex 이하의 LD에 대해서는 180°의 랩(wrap)을 갖는 클램프, 예를 들면, 인스트론 cat. No. 2714-032(이전 유형 4D)를 사용한다. 클램프에는 보다 강한 클램핑력에 대응하기 위하여 확장된 실린더 직경이 제공될 수 있다.
10,000 내지 50,000dtex의 LD에 대해서는 270°의 랩을 갖는 클램프, 예를 들면, 인스트론 cat. No. 2714-107을 사용한다. 클램핑 블록은 고도로 연마되어야 한다. 삽입되는 가연량은 다음 수학식을 근거로 하여 구한다:
Figure 112007030200196-pct00002
[여기서, YT는 사 가연량(yarn twist)이고, LD는 선형 밀도(tex)이다]
10,000dtex를 초과하는 LD에 대해서는 30tpm의 YT를 삽입해야 한다. 가연 보빈으로 권취한 연사를 50±5℃의 통풍 오븐 속에서 3시간 동안 예비 건조시킨 다음, 표준 대기(온도 20±2℃, 상대 습도 65±2%)하에 16시간 이상 동안 컨디셔닝한다.
실험 샘플당 측정 수, n은 3이다(클램프 파단은 포함되지 않음)
계산
파단 강도 BS(N)를 n회의 측정치 BF의 평균으로서 계산한다.
파단시 신도 EAB는 다음 수학식으로 계산한다:
Figure 112007030200196-pct00003
[여기서, L0은 20mN/tex의 예비장력에서의 초기 길이(mm)이고, E는 초기 길이로부터 파단력에서의 인장까지의 인장(mm)이다]
슬랙(slack) 개시 공정에 대하여 초기 길이는 다음과 같이 계산한다:
L0 = (Ls + D)
[여기서, Ls는 개시의 게이지 길이(mm)이고, D는 출발 위치로부터 힘이 명시된 예비 장력과 동일한 위치까지의 이동 클램프의 변위(mm)이다]
파단 강도 BT는 다음 수학식에 의해서 파단력 BF(N)과 측정된 LD 값(dtex)의 측정치로부터 계산한다:
Figure 112007030200196-pct00004
힘-신도 곡선에서의 코드 계수(CM)는 곡선상의 특정 두 지정점 사이의 신도 변화에 대한 힘의 변화 비이다. CMA 계산에 대한 식은 다음과 같다:
Figure 112007030200196-pct00005
[여기서, F1은 400mN/tex에 상응하는 점 1에 대한 힘(N)이고, F2는 300mN/tex에 상응하는 점 2에 대한 힘(N)이고, E1은 F1에 대한 신도(%)이고, E2는 F2에 대한 신도(%)이며, LD는 선형 밀도(dtex)이다]
코드 계수(GPa)를 수득하기 위하여, N/tex의 값을 밀도(D)(g/㎤)와 곱한다.
CMA(Gpa) = CMA(N/tex)×D(g/㎤)
n회의 측정치의 결과를 평균내고 상응하는 표준 편차 sn-1을 계산하고 다음과 같이 기록한다: BS = N(sn-1)
실시예 1
PPTA 17중량부를 이축 압출기에 투입하였다. H2SO4 83중량부를 이축 압출기로 주입하였다(제2 배럴 이후). 황산의 순도는 99.8%였다. 압출기 속도는 약 250rpm이었다. 탈기를 위한 진공도는 40mbar였다(절대 압력). 압출기의 출력압은 40bar였다. 용해 용량은 30kg/h였다. 용해 공정의 온도는 85℃였다. 기계적 특성은 다음과 같다(표 2).
Figure 112007030200196-pct00006
실시예 2
PPTA 19.5중량부를 이축 압출기에 투입하였다. H2SO4 81.5중량부(용량 28.2kg/h)를 이축 압출기에 주입하였다(제2 배럴 이후). 압출기 속도는 약 250rpm이었다. 탈기를 위한 진공도는 40mbar였다(절대 압력). 압출기의 출력압은 40bar였다. 용해 공정의 온도는 85℃였다. 기계적 특성은 다음과 같다(표 3).
Figure 112007030200196-pct00007
실시예 3(비교)
PPTA 19.5중량부와 H2SO4 81.5중량부를 용해시키고 선행 기술의 방법에 따라 방사하였다(빙 H2SO4에 용해시킴). 기계적 특성은 다음과 같다(표 4).
Figure 112007030200196-pct00008
본원에서 청구한 사와 선행 기술의 사의 차이를 그래프로 하여 묘사한 것을 그래프 1에 나타낸다.
그래프 1
Figure 112007030200196-pct00009
실시예 4
PPTA/NDC 공중합체(30% NDC = 2,6-나프탈렌 디카복실산 디클로라이드) 19중량부를 이축 압출기에 투입하였다. H2SO4 81중량부를 이축 압출기에 주입하였다(제2 배럴 이후). 황산의 순도는 99.8%였다. 압출기 속도는 약 250rpm이었다. 탈기를 위한 진공도는 40mbar였다(절대 압력). 압출기의 출력압은 30bar였다. 용해 용량은 30kg/h였다. 용해 공정의 온도는 85℃였다. 기계적 특성은 다음과 같다(표 5).
Figure 112007030200196-pct00010
실시예 5
PPTA/DABPI 공중합체(10% DABPI = 5(6)-아미노-2-파라-아미노페닐)벤즈이미다졸) 19중량부를 이축 압출기에 투입하였다. H2SO4 81중량부를 이축 압출기에 주입하였다(제2 배럴 이후). 황산의 순도는 99.8%였다. 압출기 속도는 약 250rpm이었다. 탈기를 위한 진공도는 40mbar였다(절대 압력). 압출기의 출력압은 60bar였다. 용해 용량은 30kg/h였다. 용해 공정의 온도는 85℃였다. 기계적 특성은 다음과 같다(표 6).
Figure 112007030200196-pct00011
실시예 6
PPTA/DABPI 공중합체(50% DABPI) 18중량부를 20mm 이축 압출기(40D)에 투입하였다. 황산 82중량부를 95mm(= 4.75D) 이후 이축 압출기에 주입하였다. 황산의 순도는 99.8%였다. 압출기 속도는 약 300rpm이었다. 탈기를 위한 진공도는 50mbar였다(절대 압력). 압출기의 출력압은 약 50bar였다. 용해 용량은 900g/h였다. 용해 공정의 온도는 90℃였다. 기계적 특성은 다음과 같다(표 7).
Figure 112007030200196-pct00012
실시예 7
PPTA/DABPI 공중합체(70% DABPI) 17중량부를 20mm 이축 압출기(40D)에 투입하였다. 황산 83중량부를 95mm(= 4.75D) 이후 이축 압출기에 주입하였다(제2 배럴 이후). 황산의 순도는 99.8%였다. 압출기 속도는 약 300rpm이었다. 탈기를 위한 진공도는 50mbar였다(절대 압력). 압출기의 출력압은 약 20bar였다. 용해 용량은 1400g/h였다. 용해 공정의 온도는 110℃였다. 기계적 특성은 다음과 같다(표 8).
Figure 112007030200196-pct00013
실시예 8
PPTA/NDC 공중합체(30% NDC) 19중량부를 20mm 이축 압출기(40D)에 투입하였다. 황산 81중량부를 95mm(= 4.75D) 이후 이축 압출기에 주입하였다. 황산의 순도는 99.8%였다. 압출기 속도는 약 300rpm이었다. 탈기를 위한 진공도는 50mbar였다(절대 압력). 압출기의 출력압은 약 36bar였다. 용해 용량은 1500g/h였다. 용해 공정의 온도는 80℃였다. 기계적 특성은 다음과 같다(표 9).
Figure 112007030200196-pct00014
실시예 9
PPTA/NDC 공중합체(50% NDC) 19중량부를 20mm 이축 압출기(40D)에 투입하였다. 황산 81중량부를 95mm(= 4.75D) 이후 이축 압출기에 주입하였다. 황산의 순도는 99.8%였다. 압출기 속도는 약 300rpm이었다. 탈기를 위한 진공도는 50mbar였다(절대 압력). 압출기의 출력압은 약 36bar였다. 용해 용량은 1500g/h였다. 용해 공정의 온도는 80℃였다. 기계적 특성은 다음과 같다(표 10).
Figure 112007030200196-pct00015
실시예 10
PPTA/NDC 공중합체(70% NDC) 19중량부를 20mm 이축 압출기(40D)에 투입하였다. 황산 81중량부를 95mm(= 4.75D) 이후 이축 압출기에 주입하였다. 황산의 순도는 99.8%였다. 압출기 속도는 약 300rpm이었다. 탈기를 위한 진공도는 50mbar였다(절대 압력). 압출기의 출력압은 약 35bar였다. 용해 용량은 1500g/h였다. 용해 공정의 온도는 80℃였다. 기계적 특성은 다음과 같다(표 11).
Figure 112007030200196-pct00016

Claims (11)

  1. 진입 구역, 중간 구역, 혼합 구역, 네가티브 수송 구역, 탈기 구역 및 압력 증강 구역을 포함하는 수송, 혼합 및 혼련 부재를 갖는 이축 압출기를 사용하여 폴리(파라-페닐렌-테레프탈아미드)[PPTA] 또는 이의 공중합체를 황산에 용해시키는 방법으로서, 상기 방법이,
    ? PPTA 또는 이의 공중합체를, 황산이 진입 구역으로 진입하는 것을 방지하기에 충분히 낮은 수송 용량으로 진입 구역으로 수송하는 단계,
    ? 황산을 진입 구역 또는 중간 구역에 도입하는 단계,
    ? 혼합 구역을 충전시켜 PPTA 또는 이의 공중합체를 황산에 충분한 시간 동안 혼합 및 용해시켜 PPTA 또는 이의 공중합체 - 황산 용액을 수득하는 단계,
    ? 혼합 구역 다음에, 네가티브 수송 구역을 만들어 상기 혼합 구역과 탈기 구역 사이에 생성물 록(product lock)을 수득하는 단계,
    ? 상기 탈기 구역에서 PPTA 또는 이의 공중합체 - 황산 용액의 박막을 생성하여 상기 용액을 탈기시키는 단계 및
    ? 상기 용액을 출력 압력 증강 구역으로 진입시켜 이 구역을 부분적으로 충전시키고 이축 압출기를 빠져나가도록 하는 단계를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 이축 압출기에서 PPTA 또는 이의 공중합체의 체류 시간이 30분 미만인 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 진입 구역이 길이가 3 내지 6D이고 단일 또는 이중 플라이트형 수송 부재를 장착한 것인 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 혼합 구역이 길이가 20 내지 23D이고 수송 특성을 갖거나 갖지 않는 혼합 부재를 장착한 것인 방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 네가티브 수송 구역이, 길이가 1D인 네가티브 수송 부재를 갖는 것인 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 탈기 구역이 길이가 6 내지 8D이고 수송 부재를 갖춘 것인 방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 압력 증강 구역이 길이가 2 내지 20D이고 0.5 내지 0.75D의 짧은 리드를 갖는 운반 부재를 갖춘 것인 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 PPTA 또는 이의 공중합체가 나노입자 및 황산과 혼합되거나, 상기 PPTA 또는 이의 공중합체 - 황산 용액이 나노입자와 혼합되는 방법.
  9. 삭제
  10. 제2항에 있어서, 상기 체류 시간이 2 내지 10분인 방법.
  11. 제2항에 있어서, 상기 체류 시간이 4 내지 6분인 방법.
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