KR101878786B1 - 파라 아라미드 필라멘트의 수세 및 중화 장치 - Google Patents

파라 아라미드 필라멘트의 수세 및 중화 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수세 및 중화 처리를 위한 수세조 및 중화조, 및 방사된 필라멘트를 다단으로 이송 및 안내하는 다수의 롤러를 구비한 상태에서 상기 각각의 수세조 및 중화조에서 하방으로 진행되는 필라멘트를 안내하는 양측 롤러 사이에 배치되어, 하향하는 필라멘트의 측면에서 수세액 및 중화액을 분사시키는 다수의 분사장치를 포함하는 파라 아라미드 필라멘트의 수세 및 중화 장치에 관한 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 분사장치는 수세액 또는 중화액을 분사하는 1~6개의 분사구멍을 갖는 분사판과 분사된 수세액 또는 중화액을 반사시켜 필라멘트에 다시 반사키는 반사판으로 구성된다.

Description

파라 아라미드 필라멘트의 수세 및 중화 장치{Apparatus for washing and neutralizing para aramid filament}
본 발명은 파라 아라미드 필라멘트의 수세 및 중화 장치에 관한 것으로, 상세하게는 적은 양의 수세 및 중화수로 필라멘트 내에 포함된 용매 및 중화 염을 단시간에 효과적으로 현저하게 감소시킬 수 있는 파라 아라미드 필라멘트의 수세 및 중화 장치에 관한 것이다.
파라 아라미드는 미국특허 제3,869,430호 등에 게재되어 있는 바와 같이 방향족 디아민과 방향족 디에시드클로라이드를 1-메틸-2-피롤리돈에 염화칼슘이 녹아 있는 중합 용매 중에서 중합시켜 중합체를 제조하는 방법과, 상기 중합체를 농황산 용매에 용해시켜 기격습식 방사법을 이용하여 수세, 중화 및 건조 처리하는 공정으로 제조된다.
종래의 수세 및 중화 방법은 기격습식 방사법을 통해 응고된 필라멘트 내 황산 용매를 충분히 제거하기 위해 수세 및 중화조 내의 수용액을 필라멘트가 통과하여 수용액에 의한 저항이 커져 생산 속도에 제약이 있고, 수세조와 중화조가 별도로 분리되어 공정이 복잡하고 작업 방법에 있어서도 어려움이 있었다.
또 다른 종래 방법으로는 미국특허 제7,976,943호에 기재되어 있는 바와 같이 한 쌍의 상하 롤러를 필라멘트가 반복적으로 지나면서 스프레이 방식으로 수세 또는 중화액을 분사하는 방법으로, 분사하는 수세 또는 중화액이 지나가는 필라멘트와 접촉할 확률이 낮아 다량의 수세 또는 중화액을 분사하게 됨으로써 효율이 낮고 이로 인해 제조 비용이 증가하는 문제점이 있다. 또한 수세된 황산 수용액이 안개처럼 비산되어 작업 환경을 나쁘게하는 문제점이 있다.
미국특허 제3,869,430호, 미국특허 제7,976,943호.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 적은 양의 수세 및 중화수로 필라멘트 내에 포함된 용매 및 중화 염을 단시간에 효과적으로 현저하게 감소시킬 수 있는 파라 아라미드 필라멘트의 수세 및 중화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 파라 아라미드 필라멘트의 수세 및 중화 장치는 수세 및 중화 처리를 위한 수세조 및 중화조, 및 방사된 필라멘트를 다단으로 이송 및 안내하는 다수의 롤러를 구비한 상태에서 상기 각각의 수세조 및 중화조에서 하방으로 진행되는 필라멘트를 안내하는 양측 롤러 사이에 배치되어, 하향하는 필라멘트의 측면에서 수세액 및 중화액을 분사시키는 다수의 분사장치를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 분사장치는 수세액 또는 중화액을 분사하는 1~6개의 분사구멍을 갖는 분사판과 분사된 수세액 또는 중화액을 반사시켜 필라멘트에 다시 반사키는 반사판으로 구성된다.
이상에서 설명한 바와 같이 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 파라 아라미드 필라멘트의 수세 및 중화 장치에 의하면, 분사된 수세 또는 중화액이 비산되지 않고 분사판 사이를 지나가는 필라멘트에만 적용되고, 분사판과 반사판 사이에서 수세 또는 중화액이 반사를 거듭함으로써 필라멘트 내에 잔류하는 황산 또는 잔류 염을 효과적으로 제거할 수 있다. 분사된 수세 또는 중화액의 효율이 높아짐으로써 그 사용량은 감소하여 제조 비용이 낮아지는 장점이 있다. 또한 압축 공기의 교대 사용으로 세척된 필라멘트를 탈수시켜 새로운 수세 또는 중화액이 적용될 때 더욱 효과적으로 황산 또는 잔류염을 제거하는 장점이 있다. 이로 인해 필라멘트 내의 잔류 황산 및 잔류 염의 농도가 현저히 낮아져 필라멘트의 내구성 및 내열성이 향상되는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 파라 아라미드 필라멘트의 수세 및 중화 장치를 보여주는 예시도.
도 2는 도 1에 점선으로 표시된 원을 상세하게 보여주는 예시도.
이하, 본 발명에 따른 파라 아라미드 필라멘트의 수세 및 중화 장치에 대한 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세하게 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
또한, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있고, 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있으며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략한다.
본 발명은 적은 수세 또는 중화수의 사용량으로도 응고액을 통과한 파라 아라미드 필라멘트 내에 잔존하는 황산 용매와 중화 염을 단시간에 효과적으로 감소시키는 장치 및 방법을 제공한다. 이와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 본 발명에서는 응고액을 통과한 파라 아라미드 필라멘트(60)을, 도 1에 도시된 바와 같이, 수세조(10), 중화조(20, 30)를 통과시키는 과정에서 하방으로 안내하는 1쌍의 롤러(40, 40) 사이에서 하향이동하는 필라멘트(60)가 다단으로 회전없이 지나가게 하면서, 해당 1쌍의 롤러(40, 40) 사이에 배치된 1~20개의 수세 또는 중화액 분사장치(50)를 거치도록 하면서 수세 또는 중화가 이루어진다. 도 2는 수세액 또는 중화액 분사장치(50)(도 1에 점선으로 표시된 원)를 나타내며 수세액 또는 중화액을 측면에서 분사하는 1~6개의 분사구멍(53)을 갖는 분사판(51)과 분사된 수세 또는 중화액을 필라멘트에 다시 반사시키는 반사판(52)으로 구성된다. 상기 분사장치(50)는 수세액 또는 중화액을 다단으로 분사하거나, 또는 수세액 또는 중화액의 분사와 압축공기의 분사를 교대로 분사한다. 분사판(51)의 분사구멍(53) 각각은 1개 또는 1쌍의 구멍으로 구성되고, 이 분사구멍(53)의 단면적은 0.2㎟~25㎟인 것을 특징으로 하고, 분사구멍(53)의 모양은 원형, 삼각형, 사각형 등으로 그 모양이 한정되는 것은 아니다.
참고로, 본 발명에 따른 파라 아라미드 필라멘트의 제조과정을 설명하기로 한다.
방사노즐을 통과한 섬유상의 방사원액이 응고액 속에서 응고될 때, 유체의 직경이 크게 되면 표면과 내부 사이에 응고속도의 차이가 커지므로 치밀하고 균일한 조직의 섬유를 얻기가 힘들어진다. 그러므로 아라미드 용액을 방사할 때에는 동일한 토출량이라도 적절한 공기층을 유지하면서 방사된 섬유가 보다 가는 직경을 지니며 응고액 속으로 입수할 수가 있다. 너무 짧은 공기층 거리는 빠른 표면층 응고와 탈용매 과정에서 발생하는 미세공극 발생분율이 증가하여 방사속도를 높이기 힘든 반면, 너무 긴 공기층 거리는 필라멘트의 점착과 분위기 온도, 습도의 영향을 상대적으로 많이 받아 공정안정성을 유지하기 힘들다.
상기 공기층은 바람직하게는 3 내지 20mm, 더욱 바람직하게는 5 내지 15mm이다.
본 발명에서 사용하는 응고욕의 응고액은 3 내지 12중량%의 황산을 포함하는 물이 바람직하다. 응고욕을 필라멘트가 통과할 때, 방사속도가 50m/min 이상 증가하면 필라멘트와 응고액과의 마찰에 의해 응고액의 흔들림이 심해진다. 연신배향을 통해 우수한 물성과 방사 속도를 증가시켜 생산성을 향상시키는 데 있어 이와 같은 현상은 공정안정성을 저해하는 요인이 되므로 응고욕 크기와 형태, 응고액의 흐름과 량등을 고려한 응고욕 설계를 통해 최소화하도록 할 필요가 있다.
본 발명에 따른 수세 및 중화 단계에서는, 수득된 멀티 필라멘트를 수세조 및 중화조로 도입하고, 이를 수세 및 중화한다. 필라멘트가 응고욕을 통과하면서 물성 형성에 큰 영향을 주는 탈용매와 구조형성이 동시에 이루어지므로 이때의 응고액의 온도와 농도는 일정하게 관리되어야 한다. 응고욕의 온도는 0 내지 10℃ 로서 바람직하게는 3 내지 7℃이다. 0℃ 미만일 경우 충분한 수세가 어려우며, 10℃ 이상일 경우 아라미드 응고사로부터 PPTA가 급속히 빠져나가서 기공이 생성할 수 있으며, 물성 저하의 원인이 된다. 응고를 마친 후 약 10℃의 수세 챔버에서 PPTA가 수세될 때까지 충분한 시간을 부여하여 수세를 완료한다.
상기 수세 및 중화가 완료된 멀티 필라멘트는 연속적으로, 온도가 130 내지 250℃, 바람직하게는 150 내지 210℃ 로 조절되는 건조 롤러를 통하여 건조된다. 온도가 130℃ 미만일 경우 충분한 건조가 되지 않으며, 250℃ 이상일 경우 필라멘트가 급격하고 과도하게 수축되어 물성 저하의 원인이 될 수 있다. 건조된 필라멘트는 통상의 방법에 따라 유제 처리하여 권취한다. 권취된 아라미드 필라멘트는 타이어 코드 및 산업용 필라멘트 원사로서 제공되어진다.
실시예 1
폴리파라페닐렌테레프탈아미드(PPTA)를 100%농황산에 용해시켜 방사 용액을 제조하였다. 방사 용액 내의 폴리파라페닐렌테레프탈아미드(PPTA)의 농도는 19.5중량%가 되도록 하였다. 상기 방사 용액은 기격습식방사법(Dry-Jet Wet Spinning)으로 방사 구금을 통해 압출된 후 공기층, 응고조를 통과하면서 응고 및 용매인 황산이 추출되면서 아라미드 필라멘트를 형성하였다. 이후 도 1의 수세 및 중화 장치를 이용하여 1500Denier의 아라미드 필라멘트를 700m/m으로 방사하였다. 이때 필라멘트의 가닥 수는 12개이다.
각 수세 및 중화 장치의 1쌍의 롤러 사이에 도 2의 분사장치는 4㎟의 단면적인 2개의 구멍으로 1개의 필라멘트당 0.4ℓ/min의 유량으로 분사하였고, 5개의 분사장치를 직렬로 연결하였다.
실시예 2
실시예 1에서, 5개의 분사장치 중 2번째 및 4번째 분사장치에는 0.3Kgf/㎠의 압축공기를 분사하였다.
비교예 1
실시예 1에서, 미국 특허 제 7,976,943호에 기재된 수세 및 중화장치에 부채꼴 분사장치에 100ℓ/min의 유량으로 12가닥의 필라멘트에 분사하여 제조하였다.
실시예 1 실시예 2 비교예 1
원사 pH 7.1 7.2 5.4
Na함량(ppm) 1524 1345 3126
SO4함량(%) 0.3 0.2 0.8
내열강력이용율(%) 94 95 84
이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 의해 한정되는 것이 아니며, 본발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상과 이하에서 기재되는 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 형태의 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
10 : 수세조
20, 30 : 중화조
40 : 롤러
50 : 분사장치
51 : 분사판
52 : 반사판
53 : 분사구멍
60 : 필라멘트

Claims (5)

  1. 수세 및 중화 처리를 위한 수세조(10) 및 중화조(20, 30), 및 방사된 필라멘트(60)를 다단으로 이송 및 안내하는 다수의 롤러(40)를 구비한 파라 아라미드 필라멘트의 수세 및 중화 장치에 있어서,
    상기 각각의 수세조(10) 및 중화조(20, 30)에서 하방으로 진행되는 필라멘트(60)를 안내하는 양측 롤러(40) 사이에 배치되어, 하향하는 필라멘트(60)의 측면에서 수세액 및 중화액을 분사시키는 다수의 분사장치(50)를 포함하고,
    상기 분사장치(50)는 수세액 또는 중화액을 다단으로 분사하거나, 또는 수세액 또는 중화액의 분사와 압축공기의 분사를 교대로 분사하는 것을 특징으로 하는 파라 아라미드 필라멘트의 수세 및 중화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분사장치(50)는 수세액 또는 중화액을 분사하는 1~6개의 분사구멍(53)을 갖는 분사판(51)과 분사된 수세액 또는 중화액을 반사시켜 필라멘트(60)에 다시 반사키는 반사판(52)으로 구성된 것을 특징으로 하는 파라 아라미드 필라멘트의 수세 및 중화 장치.
  3. 삭제
  4. 제2항에 있어서,
    상기 분사판(51)의 분사구멍(53) 각각은 1개 또는 1쌍의 구멍으로 구성된 것을 특징으로 하는 파라 아라미드 필라멘트의 수세 및 중화 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 분사장치(50)의 분사구멍(53)의 단면적은 0.2㎟~25㎟인 것을 특징으로 하는 파라 아라미드 필라멘트의 수세 및 중화 장치.

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