KR101895349B1 - 편평형 메타아라미드 피브리드 및 그를 이용한 메타아라미드 페이퍼 - Google Patents

편평형 메타아라미드 피브리드 및 그를 이용한 메타아라미드 페이퍼 Download PDF

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Abstract

본 발명은 메타페닐렌디아민(m-phenylene diamine: MPD)와 이소프탈로일클로라이드(isophthaloyl chloride: IPC)로 제조되는 메타아라미드 피브리드에 있어서, 상기 메타아라미드 피브리드는 섬유장 0.80~1.20㎜, 섬유폭 28~38㎛이고, 여수도 50~400㎖인 편평형 메타아라미드 피브리드 및 그를 이용한 메타아라미드 페이퍼에 관한 것이다.

Description

편평형 메타아라미드 피브리드 및 그를 이용한 메타아라미드 페이퍼{FLAT TYPE META-ARAMIDE FIBRID AND META-ARAMIDE PAPER USING THE SAME}
본 발명은 내열성이 좋은 메타아라미드 펄프 또는 페이퍼를 제조할 수 있는 메타아라미드 피브리드 및 메타아라미드 페이퍼에 관한 것으로 특히, 메타아리미드 페이퍼용으로 적합한 메타아라미드 피브리드 및 그를 이용한 메타아라미드 페이퍼에 관한 것이다.
일반적으로 폴리아미드계 합성수지는 지방족 폴리아미드와 방향족 폴리아미드로 분류된다.
지방족 폴리아미드는 일반적으로 나이론이란 상표명으로, 방향족 폴리아미드는 아라미드라는 상표명으로 잘 알려져 있다.
상기 지방족 폴리아미드. 특히 나일론 6, 그리고 나일론 6,6 등은 가장 일반적인 열가소성 엔지니어링 플라스틱으로 중요한 응용분야는로는 섬유 뿐 만 아니라 여러 분야의 성형재료로 사용되고 있다. 성형분야에 사용되는 나일론 수지는 향상된 난연성과 내충격성을 갖도록 하고 가격을 낮추고 탄성율과 같은 기계적 물성을 향상시키기 위하여 광물 또는 유리섬유로 보강하여 복합재료인 강화플라스틱(reinforced plastics)으로 제조한다.
1960년대 개발된 아라미드라는 방향족 폴리아미드는 지방족 폴리아미드인 나일론의 내열성을 개선시키기 위해 개발된 것으로 노멕스(Nomex), 케블라(Kevlar)와 같은 상품명으로 잘 알려져 있는 방향족 폴리아미드는 난연성 섬유직물, 타이어 코드 등의 섬유용도로 사용될 수 있는 뛰어난 내열성과 높은 인장강도를 갖는다.
일반적인 지방족 폴리아미드는 아미드기사이에 지방족 탄화수소가 결합되어 있는 합성수지이나, 아라미드(aramid)는 아미드기 사이에 벤젠기가 85%의 아미드 결합이 두 개의 방향족 고리에 결합되어 있는 합성수지를 말한다. 상기 지방족 폴리아미드의 지방족 탄화수소는 열을 가하면 쉽게 분자운동이 일어나는 데 반하여, 방향족 폴리아미드의 벤젠 환은 분자쇄가 강직하고 열을 가하여도 분자가 쉽게 움직이지 않으므로 열에 안정하고 탄성률이 높아 일반 지방족 폴리아미드와는 특성에 있어서 많은 차이를 나타낸다.
상기 방향족 폴리아미드는 파라계 아라미드(para-aramid)와 메타계 아라미드(meta-aramid)로 분류되며, 파라계 아라미드는 듀폰사에서 개발된 케블라(Kevlar)가 대표적이다. 파라계 아라미드는 벤젠 고리가 파라 위치에서 아미드기와 결합된 것이다. 분자쇄가 매우 뻣뻣하고 선상구조를 가지므로 강도가 매우 높고 탄성률이 특히 높아 충격을 흡수하는 성능이 매우 우수하여 방탄복, 방탄 핼멧, 안전용 장갑이나 부츠, 소방복에 사용되며, 테니스 라켓, 보트, 하키용 스틱, 낚시 줄, 골프 클럽등의 스포츠 기구 재료로 또한 산업용으로는 FRP(Fiber Reinforced Plastic), 석면대체용 섬유등에 사용되고 있다.
메타계 아라미드는 듀폰사에서 개발된 노멕스(Nomex), 데이진사에서 개발된 코넥스(Conex)가 대표적이다. 메타계 아라미드는 벤젠고리가 메타 위치에서 아미드기와 결합된 것으로 강도와 신도는 보통의 나일론과 비슷하나 열에 대한 안정성이 대단히 좋으며, 다른 내열용 소재에 비하여 가볍고 땀흡수도 어느정도 가능하므로 쾌적하다는 장점을 가지고 있다. 초기에는 색상이 몇 가지로 제한되었으나, 최근에는 형광색을 포함한 다양한 색상으로 만들어지고 있다. 소방복,경주용 자동차 운전자를 위한 유니폼,우주 비행사 유니폼,작업복 등의 내열용 의복 소재로 사용 되며, 산업용으로는 고온용 필터등으로 쓰인다.
일반적으로 메타계 아라미드의 페이퍼는 메타아라미드를 중합하고 가는 섬유로 배향하는 피브리드(fibrid)와 플럭(floc)이 혼합되어 제조된다.
일반적으로 메타아라미드 피브리드는 페이퍼 제조시의 공정성 및 생산성과 최종제품의 강도 및 전기절연성이 적정한 수준이 발현될 수 있도록 각각의 인자(섬유장, 섬유폭, 여수도 등)들이 상호 보완 되도록 제어되어야 하나, 종래의 메타아라미드 피브리드는 페이퍼 제조 시 중요한 주요 인자들이 상충하여 페이퍼 제조 시 공정성 및 페이퍼의 지합이 불량하여 강도가 약해지는 문제가 있어 이를 개선하기 위한 메타아라미드 피브리드 개발이 절실한 상황이다. .
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로 섬유폭이 더 넓고 섬유장이 긴 편평형 메타아라미드 피브리드를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 여수도가 우수하고 지합지수가 낮은 페이퍼를 제조할 수 있는 편평형 메타아라미드 피브리드를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 메타페닐렌디아민(m-phenylene diamine: MPD)와 이소프탈로일클로라이드(isophthaloyl chloride: IPC)로 제조되는 메타아라미드 피브리드에 있어서,상기 메타아라미드 피브리드는 섬유장 0.80~1.20㎜, 섬유폭 28~38㎛이고, 여수도 50~400㎖인 것을 특징으로 하는 편평형 메타아라미드 피브리드를 제공한다.
삭제
또한, 상기 편평형 메타아라미드 피브리드는 지합지수가 120이하인 것을 특징으로 하는 메타 아라미드 피브리드를 제공한다.
또한, 상기 편평형 메타아라미드 피브리드는 고형분이 10~25중량%인 것을 특징으로 하는 메타 아라미드 피브리드를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기의 편평형 메타아라미드 피브리드를 포함하는 것을 특징으로 하는 메타 아라미드 페이퍼를 제공한다.
또한, 상기 메타 아라미드 페이퍼는 편평형 메타아라미드 피브리드가 5~35중량%가 함유되는 것을 특징으로 하는 메타 아라미드 페이퍼를 제공한다.
이하 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본 발명에서 피브리드(fibird)는 초지성을 갖는 비과립형의 섬유질 또는 필름 유사 입자로 섬유는 아니지만 웹(Web)으로 연결된 섬유질의 섬유유사영역을 갖는 것을 뜻한다.
또한, 플럭(folc)은 일반전인 단섬유보다 더 짧은 길이의 섬유로 섬유장 3~7㎜, 직경 5~17㎛(0.2~2 Denier)인 것을 뜻한다.
본 발명은 메타페닐렌디아민(m-phenylene diamine: MPD)와 이소프탈로일클로라이드(isophthaloyl chloride: IPC)로 제조되는 메타아라미드 피브리드에 관한 것이다.
상기 메타아라미드 피브리드는 섬유폭이 넓은 편평형 메타아라미드 피브리드로 본 발명의 피브리드는 섬유장 0.80~1.20㎜, 섬유폭 25~38㎛이다.
상기 섬유장이 너무 짧게 피브리드가 형성되면 페이퍼 제조시 페이퍼의 강도가 저하될 수 있으며, 섬유장이 너무 길면, 제조된 페이퍼의 표면에 굴곡이 생길 수 있으므로 본 발명의 피브리드의 섬유장은 0.80~1.20㎜인 것이 바람직할 것이다.
본 발명인 메타아라미드 피브리드의 섬유폭은 25~38㎛로 섬유폭이 너무 좁으면 결합면적이 감소하여 강도적 특성이 저하되고 섬유폭이 너무 넓으면 페이퍼 제조 시 분산성이 저하되어 지합지수가 상승할 수 있다.
또한, 본 발명의 메타아라미드 피브리드는 50~400㎖의 여수도를 갖는다. 상기 여수도가 너무 낮으면 페이퍼 제조시 탈수성이 낮아져 생산이 불가하거나 생산성이 저하되는 문제가 있으며, 여수도가 너무 높으면 생산성은 개선되나 물리적특성 및 전기 절연성이 떨어지는 문제가 있다.
상기 편평형 메타아라미드 피브리드로 페이퍼 제조에는 고형분이 10~25중량%인 것이 바람직하다.고형분이 너무 적으면 지료(Stock) 조성 시 작업성 및 생산성이 저하되며, 고형분이 너무 높으면 피브리드의 해리성이 저하되어 페이퍼 제조 시 수율 및 품질 저하가 발생할 수 있다.
상기와 같이 제조되는 편평형 메타아라미드 피브리드를 이용하여 메타아라미드 페이퍼를 제조할 경우에는 본 발명인 편평형 메타아라미드 피브리드만으로 제조할 수 있으나 페이퍼의 물성을 향상시키기 위해 메타아라미드 플럭 40~90중량%와 본 발명의 편평형 메타아라미드 피브리드 10~60중량%를 혼합하여 페이퍼를 제조하는 것이 바람직할 것이다.
상기와 같이 본 발명인 편평형 메타아라미드 피브리드를 포함하는 메타아라미드 페이퍼는 지합지수가 120이하로 우수한 성능을 갖는다.
상기와 같은 편평형 메타아라미드 피브리드를 제조하는 방법으로는
도 1,2에서 나타난 코니칼형태의 메타아라미드 피브리드 제조장치를 이용하여 제조할 수 있다.
도 1은 코니칼형태의 메타아라미드 피브리드 제조장치를 나타낸 단면도이고, 도 2는 코니칼형태의 메타아라미드 피브리드 제조장치를 나타낸 분해 사시도이다.
도면에서 도시한 바와 같이 코니칼형 메타아라미드 피브리드 제조장치는 고정분쇄부 110와 회전분쇄부 120 및 커버 130로 구성된다.
상기 고정분쇄부 110는 메타아리미드 조성물과 중화제를 혼합시켜 고화시키도록 내부에 분쇄공간 112을 마련한다.
상기 분쇄공간 112은 내부가 경사지게 관통되고 내주연에 고정칼날 111이 등간격으로 형성된다.
상기 고정칼날 111은 분쇄공간 112 내주연에 길이방향으로 형성되고, 상기 고정칼날 111 사이에 홈이 형성된다.
상기 홈은 상부에서 하부 방향으로 폭이 동일하고, 상기 고정칼날 111의 상부에서 하부 방향으로 폭이 확장되도록 경사지게 형성시킨다.
그리고, 회전분쇄부 120는 상기 분쇄공간 112 내주연에 설치되고, 상기 회전분쇄부 120의 외주연에는 회전칼날 121이 등간격으로 형성된다.
상기 회전분쇄부 120는 회전칼날 121 사이에 홈이 형성되고, 상기 홈은 고정분쇄부 110와 동일하게 상기 홈 상부에서 하부 방향으로 폭이 동일하고, 상기 회전칼날 121은 상부에서 하부 방향으로 폭이 확장되도록 경사지게 형성된다.
아울러, 상기 고정칼날 111과 회전칼날 121은 상호 경계 부분에 틈새 115를 형성하도록 결합공차를 갖도록 하여 상기 분쇄공간 112으로 공급되는 고화된 메타아라미드 조성물을 분쇄한다.
그리고, 상기 고정분쇄부 110 하부면에는 커버 130를 결합한다.
상기 커버 130 중심에는 수직으로 입설된 축 131을 회전분쇄부 120에 결합하고, 틈새 사이에서 분쇄된 피브리드를 외부로 토출하는 배출공 132을 형성한다.
아울러, 상기 회전분쇄부 120에 회전력의 전달은 외부 동력에 의해 회전하는 축을 통해 상기 회전분쇄부 120를 회전시킨다.
즉, 상기 축 131은 커버 130를 관통하여 회전분쇄부 120 하부에서 수직으로 입설되고, 상기 축 131의 상부가 회전분쇄부 120 하부면 중앙에 고정되어, 상기 축 131의 회전에 의해 회전분쇄부 120를 연동시키도록 한다.
또한, 축 131의 회전력을 전달받아 분쇄공간 112 내부에서 회전하는 회전분쇄부 120를 통해 상기 메타아라미드 조성물은 분쇄되어 피브리드가 형성된다.
여기서, 상기 고정칼날 111과 회전칼날 121의 기울기 즉, 경사에 의해 고정분쇄부 110의 하부로 이동되어 배출공 132을 통해 외부로 추출될 수 있도록 한다.
상기 분쇄공간 112은 고정분쇄부 110의 중앙 내부에 형성되되, 상기 분쇄공간 112은 상부에서 하부 방향으로 기울기 경사가 확개되는 형상을 갖으며, 상기 분쇄공간 112 내주연에는 등간격으로 고정칼날 111을 형성시킨다.
그리고, 상기 회전분쇄부 120는 외주연이 상기 분쇄공간 112과 동일한 기울기의 경사를 갖으며 상기 회전분쇄부 120의 외주연에 회전칼날 121이 등간격으로 형성된다.
결국, 상기 회전분쇄부 120와 고정분쇄부 110의 미세한 틈새 115 공간 사이에서 고화된 메타아라미드 조성물을 분쇄시켜 피브리드가 형성된다.
여기서, 상기 회전칼날 121과 고정칼날 111은 상호 대응된 경사를 갖아 회전칼날 121의 회전에 의해 분쇄된 피브리드는 경사진 고정칼날 111과 회전칼날 121의 틈새 115에서 분쇄되면서 상기 고정칼날 111과 회전칼날 121 사이에서 분쇄되면서 하부로 이동된다.
그리고, 상기 분쇄공간 112의 상부에는 다단으로 경사지게 절곡공 116을 연통되게 형성시키고, 상기 회전분쇄부 120는 상기 절곡공 116과 대응되는 형상을 갖는 절곡단부 122를 다단으로 형성시킨다.
상기 절곡공 116 내부에 절곡단부 122가 결합되어 이는, 상기 분쇄공간 112 내부에서 회전분쇄부 120가 흔들림 없이 정회전 시킬 수 있도록 한다.
상기의 코니칼형태의 메타아라미드 피브리드 제조장치는 본 발명의 편평형 메타아라미드 피브리드를 제조하기 위한 하나의 제조장치로 본 발명의 편평형 메타아라미드 피브리드는 상기의 코니칼형태의 메타아라미드 피브리드 제조장치로 제조되는 피브리드로 한정되는 것은 아니다.
상기와 같이 본 발명은 섬유폭이 25㎛이상인 편평형 메타아라미드 피브리드로 이를 이용하여 페이퍼 제조시 페이퍼의 지합 및 표리면의 평활성이 우수한 페이퍼를 제조할 수 있는 효과가 있다.
또한, 강도 및 전기절연성이 우수한 페이퍼를 제조할 수 있는 편평형 메타아라미드 피브리드를 제조할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 코니칼형태의 메타아라미드 피브리드 제조장치를 나타낸 단면도이다.
도 2는 코니칼형태의 메타아라미드 피브리드 제조장치를 나타낸 분해 사시도이다.
도 3 내지 5는 실시예 및 비교예들의 피브리드 사진이다.
이하 본 발명의 편평형 메타아라미드 피브리드을 제조하기 위한 방법의 실시예를 나타내지만, 한정되는 것은 아니다.
실시예
메타페닐렌디아민(m-phenylene diamine: MPD)와 이소프탈로일클로라이드(isophthaloyl chloride: IPC)로 제조되는 메타아라미드 조성물을 도 1 내지 2의 코니칼형태의 메타아라미드 피브리드 제조장치를 이용하여 본 발명의 편평형 메타아라미드 피브리드를 제조하였다.
상기의 실시예로 제조된 편평형 메타아라미드 피브리드의 여수도, 섬유장/섬유폭 및 지합지수를 측정하였다.
상기 실시예를 비교하기 위해 중국의 C사의 피브리드(비교예 1), 국내의 S사의 피브리드(비교예 2)를 구입하여 각각 측정하여 표 1에 나타내었다.
도 3은 상기의 실시예로 제조된 편평형 메타아라미드 피브리드의 사진이며, 도 4는 비교예 1의 피브리드 사진이며, 도 5는 비교예 2의 피브리드 사진이다.
◈ 여수도 측정방법(시험규격 : TAPPI T227)
1.피브리드를 실험실용 표준해리기로 해리하고 0.3% 농도로 희석한 후 시료를 1000ml를 채취.
2.표준 여수도 측정기에 채취된 1000ml를 넣고 탈수 시켜서 탈수되는 정도를 측정.
3. 판단사항: 여수도가 낮을수록 탈수가 안되고, 높을수록 탈수가 잘됨을 나타냄.
◈ 섬유장/섬유폭(시험규격: ISO 16065-2)
1.시료를 해리한 후 일정양을 채취하여 0.5mm 간격의 판 사이에 시료를 흘려보내면서 Projection 방식으로 섬유장과 섬유폭을 지속적으로 측정하며, 측정된 개수가 20000개가 될때까지 측정하여 평균값으로 표시.
2.장비 : L&W사의 Fiber Tester
◈ 지합지수
1.페이퍼 제조 후 페이퍼에 일정한 광원을 쏴주고 반대편에서 카메라로 화상을 읽어서 측정하며, 광원에 의한 평균 밝기 대비 더 밝거나 더 어두운 부분의 크기 및 개수를 Count하여 지합지수(L.T)로 표시함.
2.판단사항: 지합은 평량이 낮을수록 양호해 지는 경향이 있으며, 지합지수는 값이 낮을수록 지합이 좋은것임.
3.장비: Techpap사 2D Formation tester
구분 실시예 비교예 1 비교예2
여수도, CSF 213 81 144
지합지수,L.T. 106 180 148
섬유장, ㎜ 1.014 0.866 1.125
섬유폭, ㎛ 34.4 29.7 38.2
표 1과 도 3 내지 5에서 나타난 바와 같이 본 발명의 메타 아리미드 피브리드는 비교예 1보다는 섬유장이 길고 및 섬유폭이 넓으며, 비교예 2보다는 섬유장이 짧고 섬유폭이 더 넓은 것을 알 수 있으며, 비교예1, 2에 비해 여수도가 낮아 탈수성이 우수하고 지합이 양호한 것을 알 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 메타아라미드 피브리드는 페이퍼제조에 적합하며, 본 발명의 피브리드로 제조된 페이퍼는 평활성이 우수하며, 생산성 및 강도가 우수할 것이다.

Claims (5)

  1. 메타페닐렌디아민(m-phenylene diamine: MPD)와 이소프탈로일클로라이드(isophthaloyl chloride: IPC)로 제조되는 메타아라미드 피브리드에 있어서,
    상기 메타아라미드 피브리드는 섬유장 0.80~1.20㎜, 섬유폭 28~38㎛이고, 여수도 50~400㎖이고,
    상기 메타아라미드 피브리드는 지합지수가 120이하인 것을 특징으로 하는 편평형 메타아라미드 피브리드.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 편평형 메타아라미드 피브리드는 고형분이 10~25중량%인 것을 특징으로 하는 메타 아라미드 피브리드.
  4. 제1항 또는 제3항의 편평형 메타아라미드 피브리드를 포함하는 것을 특징으로 하는 메타 아라미드 페이퍼.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 메타 아라미드 페이퍼는 편평형 메타아라미드 피브리드가 10~60중량%가 함유되는 것을 특징으로 하는 메타 아라미드 페이퍼.
KR1020110147609A 2011-12-30 2011-12-30 편평형 메타아라미드 피브리드 및 그를 이용한 메타아라미드 페이퍼 KR101895349B1 (ko)

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