KR102525133B1 - 열융착 성형이 가능한 아라미드 복합 섬유, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 부직포 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 메타 아라미드 중합체를 포함하는 제1 수지; 및 아미드계 용매에 가용성인 폴리에스테르 수지를 포함하는 제2 수지;를 복합 방사하여 제조한 아라미드 복합 섬유에 관한 것으로, 상기 제2 수지가 열융착 기능을 수행하여, 상기 아라미드 복합 섬유를 다른 기재와 융착했을 때, 접착성이 우수한 열융착 성형이 가능한 아라미드 복합 섬유, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 부직포에 관한 것이다.

Description

열융착 성형이 가능한 아라미드 복합 섬유, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 부직포 {Heat sealable thermal adhesive aramid conjugated fiber, Method for producting the same and Non-woven fabric comprising the same}
본 발명은 열융착 성형이 가능한 아라미드 복합 섬유, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 부직포에 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 응용분야로는 섬유뿐 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.
방향족 폴리아미드, 즉 아라미드 수지는 벤젠 환의 존재로 인해 분자쇄가 강직하고 열을 가하여도 분자가 쉽게 움직이지 않으므로 열에 의해 용융되지않고 바로 분해가 시작되며, 탄성률이 높아 일반 지방족 폴리아미드와는 특성에 있어서 많은 차이를 나타낸다. 이로 인해 열성형 재료로 적용되지 못하는 한계를 가진다.
일예로, 국내 공개특허 제10-2014-0075199호에서는, 제1 메타아라미드 및 제2 메타아라미드를 복합 방사하여 복합 섬유를 제조한 바 있다. 그러나 상기 발명은 메타 아라미드만을 이용한 것으로 열융착성이 현저히 떨어짐에 따라 부직포로의 적용이 어려운 문제가 있어, 이를 해결하기 위한 연구가 필요한 실정이다.
대한민국 공개특허 제2014-0075199 호 (공개일: 2014.06.19)
상기의 문제점을 해결하고자 안출한 것으로, 메타아라미드 수지; 및 아미드계에 용해 가능한 폴리에스테르 수지;를 복합 방사하여 열융착 성형이 가능한 아라미드 복합 섬유, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 접착성이 우수한 부직포를 제조하고자 한다.
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 열융착 성형이 가능한 아라미드 복합 섬유는 메타아라미드 중합체를 포함하는 제1 수지; 및 폴리에스테르 수지를 포함하는 제2 수지;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예로써, 상기 제2 수지는 열융착 온도가 70 ~ 150℃일 수 있다.
본 발명의 일실시예로써, 상기 제2 수지는 적어도 일부분이 외부로 노출된 것일 수 있다.
본 발명의 일실시예로써, 상기 제1 수지는 방향족 디아민 및 방향족 이산클로라이드가 공중합된 중합체를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예로써, 상기 제1 수지 및 제2 수지의 단면적비는 1:0.25 ~ 1:4.0일 수 있다.
본 발명의 일실시예로써, 상기 복합 섬유는 사이드바이사이드형 복합 섬유 혹은 개방된 심초 편심형 복합 섬유일 수 있다.
본 발명의 일실시예로써, 상기 개방된 심초 편심형 복합 섬유는 제1 수지를 포함하는 심부; 및 제2 수지를 포함하는 초부;를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 목적으로, 상기 복합 섬유를 포함하는 부직포 조성물을 70 ~ 150℃ 하에서 열융착 성형하여 부직포를 제조할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적으로, 열융착 성형이 가능한 아라미드 복합 섬유의 제조방법은 제1 수지 및 제2 수지를 각각 아미드계 용매에 용해하여 제1 방사조액 및 제2 방사조액을 제조하는 1단계; 상기 제1 방사조액 및 제2 방사조액을 1 : 0.25 ~ 1 : 4.0의 중량비로 복합 방사하여 방사물을 수득하는 2단계; 상기 방사물을 예비 컨디셔닝 및 컨디셔닝 수행하는 3단계; 및 3단계를 수행한 방사물을 연신 및 열처리 수행하여 복합 섬유를 수득하는 4단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예로써, 상기 제1 수지는 아미드계 용매 100 중량부에 대하여, 메타페닐렌디아민 5 ~ 15 중량부 및 이소프탈로일 클로라이드 10 ~ 30 중량부를 0 ~ 70℃ 하에서 혼합 및 중합하여 메타아라미드 중합체를 제조하는 단계; 및 상기 메타아라미드 중합체를 중화하는 단계;를 포함하여 제조할 수 있다.
본 발명의 일실시예로써, 상기 아미드계 용매는 디메틸 아세트아마이드, 헥사메틸포스포아마이드, N-메틸피롤리돈, 테트라하이드로퓨란, 헥사플로로이소프로판올 및 디메틸설폭사이드 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예로써, 상기 제2 수지는 폴리에스테르 수지를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예로써, 상기 폴리에스테르 수지는 산과 디올 성분을 에스테르화 반응시켜 에스테르 반응 생성물을 제조하는 단계; 및 상기 에스테르 반응 생성물과 티타늄계 촉매를 포함하는 중·축합 반응물을 중·축합 반응시켜 폴리에스테르 수지를 제조하는 단계;를 포함하여 제조할 수 있다.
본 발명의 일실시예로써, 상기 제1 수지 또는 제2 수지는 난연제를 10 ~ 4,000ppm으로 포함하고, 상기 난연제는 인계 난연제 및 HALS계 난연제 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명을 통해 메타 아라미드 섬유 고유의 특성을 유지할 뿐만 아니라, 다른 기재와의 열접착성도 우수한 열융착성 성형이 가능한 아라미드 복합 섬유, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 열성형 부직포를 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 아라미드 복합 섬유의 단면 형태로, 사이드 바이 사이드형(side-by-side) 및 개방된 심초 편심형(C형 시스코어)의 복합 섬유를 도식화한 것이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 아라미드 복합 섬유를 열융착 해서 제조한 부직포 샘플의 이미지이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
이하, 제조방법을 통해 본 발명의 열융착 성형이 가능한 아라미드 복합 섬유를 보다 상세하게 설명한다.
상기 아라미드 복합 섬유의 제조방법은 제1 수지 및 제2 수지를 각각 아미드계 용매에 용해하여 제1 방사조액 및 제2 방사조액을 제조하는 1단계; 상기 제1 방사조액 및 제2 방사조액을 복합 방사하여 방사물을 수득하는 2단계; 상기 방사물을 예비 컨디셔닝 및 컨디셔닝 수행하는 3단계; 및 3단계를 수행한 방사물을 연신 및 열처리 수행하여 복합 섬유를 수득하는 4단계;를 포함할 수 있다.
먼저, 제1 수지는 중합 반응하는 단계; 및 중화 공정을 수행하는 단계;를 포함하여 제조할 수 있다.
구체적으로는, 먼저, 상기 중합 반응은 방향족 디아민 및 방향족 이산클로라이드를 하기 반응식 1과 같은 반응을 통해 공중합하여 중합체를 제조하는 단계를 포함할 수 있고, 바람직하게는 상기 방향족 디아민은 메타페닐렌디아민을 원료로 할 수 있고, 상기 방향족 이산클로라이드는 이소프탈로일 클로라이드를 원료로 할 수 있다.
[반응식 1]
Figure 112020140589429-pat00001
상기 반응식 1의 중합 반응을 통해 아미드계 용매에서 메타페닐렌디아민 및 이소프탈일 클로라이드를 교반하여 중합 반응으로 메타아라미드 중합체 중 하나인 폴리메타페닐렌이소프탈아미드를 형성할 수 있으며, 상기 메타페닐렌디아민과 이소프탈로일 클로라이드는 비슷한 몰비로 반응시키는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 상기 아미드계 용매 100 중량부에 메타페닐렌디아민 5 ~ 15 중량부, 이소프탈로일 클로라이드 10 ~ 30 중량부를 혼합하여 중합할 수 있으며, 더더욱 바람직하게는 상기 아미드계 용매 100 중량부에 메타페닐렌디아민 8 ~ 12 중량부, 이소프탈로일 클로라이드 15 ~ 25 중량부를 혼합하여 중합할 수 있다. 그리고 상기 아미드계 용매는 극성 아미드계 용매를 사용하는 것으로 디메틸 아세트아마이드, 헥사메틸포스포아마이드, N-메틸피롤리돈, 테트라하이드로퓨란, 헥사플로로이소프로판올, 및 디메틸설폭사이드 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
이때, 상기 중합 반응은 0 ~ 70℃에서 수행될 수 있고, 바람직하게는 10 ~ 60℃에서 수행될 수 있다. 만일 상기 범위를 벗어나는 온도에서 중합될 경우, 메타페닐렌디아민의 변성으로 인한 중합도 저하 및 부반응 발생으로 인한 중합체의 분자량 분포가 저하되는 문제가 있을 수 있다.
이상의 중합 반응으로 생성된 상기 메타아라미드 중합체는 폴리(메타 페닐렌 이소프탈아미드), 폴리(m-벤즈아미드), 폴리(m-페닐렌 이소프탈아미드), 폴리(m,m'-페닐렌 벤즈아미드), 및 폴리(1,6-나프틸렌 이소프탈아미드) 중에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 바람직하게는 폴리(메타 페닐렌 이소프탈아미드), 폴리(m-벤즈아미드) 및 폴리(1,6-나프틸렌 이소프탈아미드) 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 폴리(메타 페닐렌 이소프탈아미드)일 수 있다.
다음으로, 상기 중화 공정은 메타페닐렌디아민와 이소프탈로일 클로라이드가 반응하여 중합된 폴리메타페닐렌이소프탈아미드의 부산물인 염산(HCl)을 중화할 수 있고, 상기 중화 단계를 통해 메타아라미드 중합체의 안정성이 향상될 수 있다.
구체적으로는, 상기 중합 반응은 하기 반응식 2와 같은 반응을 통해 수행될 수 있고, 중화를 위해 수산화칼슘(Ca(OH)2), 수산화리튬(LiOH) 등의 염기성 화합물을 첨가할 수 있다.
[반응식 2]
HCl + Ca(OH)2 → CaCl2 +2H2O
상기 반응식 2와 같은 중화 공정은 중합 반응의 부산물인 염산을 중화하기 위해 수산화칼슘을 첨가하는 공정으로, 상기 염기성 화합물의 사용량은 상기 중합 반응에서 사용된 메타페닐렌디아민 또는 이소프탈로일 클로라이드의 사용량에 따라 조절되어야 하며, 사용된 메타페닐렌디아민 또는 이소프탈로일클로라이드의 몰비와 동일하거나 그보다 5 ~ 15몰%, 바람직하게는 7 ~ 13몰% 더 첨가하는 것이 바람할 수 있다.
이와는 별개로, 상기 제2 수지는 폴리에스테르 수지를 포함할 수 있고, 바람직하게는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 공중합체를 포함할 수 있으며, 상기 폴리에스테르 수지는 산과 디올 성분을 에스테르화 반응시켜 에스테르 반응 생성물을 제조하는 단계; 상기 에스테르 반응 생성물과 티타늄계 촉매를 혼합하여 중·축합 반응물을 제조하는 단계; 및 상기 중·축합 반응물을 중·축합 반응시켜 폴리에스테르 수지를 제조하는 단계;를 포함하여 제조할 수 있다.
우선, 상기 에스테르화 반응을 통해 산 성분 및 디올 성분을 1 : 1.2~ 2.0의 몰비로, 바람직하게는 1 : 1.2 ~ 1.5 몰비로 포함한 에스테르화 반응물을 반응시켜 에스테르 반응 생성물을 제조할 수 있다.
구체적으로는, 상기 에스테르화 반응은 200 ~ 270℃, 바람직하게는 210 ~ 260℃의 온도 및 1,100 ~ 1,350 Torr, 바람직하게는 1,120 ~ 1,330 Torr의 압력 하에서 수행할 수 있다. 상기 조건을 만족하지 않는 경우 에스테르화 반응 시간이 길어지거나 반응성 저하로 중·축합 반응에 적합한 에스테르화 화합물을 형성할 수 없는 문제가 있을 수 있다.
이하, 상기 산 성분 및 디올 성분에 대하여 설명한다.
먼저, 상기 산 성분은 테레프탈산, 이소프탈산 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 테레프탈산 및 이소프탈산을 포함할 수 있다.
만일 바람직한 일예로 테레프탈산 및 이소프탈산을 모두 사용하는 경우에, 상기 이소프탈산은 산 성분 중 20 ~ 40몰%, 바람직하게는 25 ~ 35몰%을 포함할 수 있다. 만일 이소프탈산이 산 성분 내에 20몰% 미만이면 아미드계 용매에 잘 용해되지 않는 문제가 있을 수 있고, 40몰%를 초과하는 경우 유리전이온도가 과도하게 낮아져 내열성 저하의 문제가 발생할 수 있다. 또한, 상기 산 성분에서 테레프탈산은 상기 이소프탈산을 제외한 잔량으로 포함할 수 있다.
한편, 상기 디올 성분은 에틸렌글리콜 및 네오펜틸글리콜 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 바람직하게는 에틸렌 글리콜 및 네오펜틸글리콜 중에서 선택된 2종 이상을 포함할 수 있다.
만일 바람직한 일예로 에틸렌글리콜 및 네오펜틸글리콜을 디올 성분으로 모두 사용하는 경우에, 상기 네오펜틸글리콜은 디올 성분 중 40 ~ 60몰%, 바람직하게는 45 ~ 55몰% 포함할 수 있다. 만일 상기 네오펜틸글리콜이 디올 성분 기준 40몰% 미만으로 포함되는 경우 아미드계 용매에 대한 용해도 특성이 저하될 수 있고, 사용되는 용도가 제한될 수 있는 우려가 있으며, 60몰%를 초과하여 포함될 경우 유리전이온도가 과도하게 낮아져 내열성 저하가 생길 수 있다. 또한, 상기 에틸렌글리콜은 디올 성분 중 상기 네오펜틸글리콜을 제외한 잔량으로 포함할 수 있다.
다음으로, 상기 티타늄계 촉매는 통상적으로 폴리에스테르 수지의 중·축합 시에 사용되는 촉매로, 바람직하게는 티타늄계 중합 촉매일 수 있고, 더욱 구체적으로는 티타늄 킬레이트 중합 촉매일 수 있다. 상기 티타늄 킬레이트 중합 촉매는 물 분자 존재 하에서도 안정하기 때문에 물이 다량으로 부생하는 에스테르화 반응의 이전에 첨가해도 활성을 잃지 않음에 따라 종래보다 단축된 시간 내 에스테르화 반응 및 중·축합 반응이 진행될 수 있다. 본 발명의 티타늄 킬레이트 중합 촉매는 티타늄 시트르산 킬레이트, 티타늄 락트산 킬레이트 및 티타늄 말레산 킬레이트 중 하나일 수 있다. 상기 티타늄계 촉매는 상기 제1 수지 전체 중량에서 200 ~ 500ppm 포함될 수 있고, 바람직하게는 250 ~ 450ppm 포함될 수 있다. 제조된 상기 폴리에스테르 수지 내 티타늄계 촉매의 함량이 증가함에 따라, 폴리에스테르 수지의 열 안정성이나 색조가 더욱 양호해지는 효과를 볼 수 있다. 만일 200ppm 미만으로 구비되는 경우 에스테르화 반응을 적절히 촉진시키기 어려울 수 있으며, 만일 500ppm을 초과하여 구비되는 경우 반응성은 촉진되나 착색이 발생하는 문제점이 있을 수 있다.
다음으로, 상기 중·축합 반응은 250 ~ 300℃의 온도 및 0.3 ~ 1.0 Torr의 압력 하에서 이루어질 수 있으며, 바람직하게는 260 ~ 290℃의 온도 및 0.5 ~ 1.0Torr의 압력 하에서 이루어질 수 있다. 만일 상기 조건을 만족하지 못하는 경우 반응시간 지연, 중합도 저하, 열분해 유발 등의 문제점이 있을 수 있다.
상술한 방법으로 제조된 제2 수지는 중량평균분자량이 30,000 ~ 100,000, 바람직하게는 40,000 ~ 60,000일 수 있다. 만일 중량평균분자량이 30,000 미만일 경우 용액의 점도가 낮아 가공성에 문제점이 있을 수 있고, 중량평균분자량이 100,000을 초과하는 경우 아미드계 용매에 녹였을 때 겔화가 발생하는 문제점이 있을 수 있다.
또한, 상기 제2 수지는 유리전이온도가 70.0 ~ 150℃일 수 있고, 바람직하게는 70.5 ~ 150℃일 수 있다. 만일 유리전이온도가 70.0℃미만일 경우, 제2 수지를 통해 구현된 제품이 여름철과 같은, 예를 들어, 40℃가 넘는 온도조건에서, 경시 변화가 발생할 우려가 있다.
한편, 상기 제1 수지 또는 제2 수지는 난연제를 포함할 수 있고, 바람직하게는 제1 수지에 난연제를 포함하거나, 제2 수지에 난연제를 포함할 수 있다.
또한, 상기 난연제는 상기 제1 수지 또는 제2 수지에 10 ~ 4,000ppm으로 포함할 수 있고, 바람직하게는 50 ~ 3,000ppm으로 포함할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 100 ~ 2,000ppm으로 포함할 수 있다. 만일 상기 난연제가 10ppm 미만으로 포함될 경우 고온 열분해를 방지하기 어려워 폴리에스테르 수지에 변색이 발생할 수 있으며, 4,000ppm을 초과할 경우 제조 비용 면에서 불리할 수 있고, 난연제에 의한 촉매 활성 억제로 반응 지연 현상이 발생할 수 있으며, 방사 공정에서 사절이 발생할 수 있는 문제점이 있을 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 난연제가 제1 수지에 사용되는 경우, 상기 난연제는 상기 중화 공정을 수행하는 단계에서 투입하거나 중화 공정이 끝난 이후 투입할 수 있다.
또한, 상기 난연제가 제2 수지에 사용되는 경우, 상기 제2 수지를 제조함에 있어, 상기 폴리에스테르 수지는 산과 디올 성분을 에스테르화 반응시켜 에스테르 반응 생성물을 제조하는 단계; 및 상기 에스테르 반응 생성물 및 난연제를 포함하는 중·축합 반응물을 중·축합 반응시켜 폴리에스테르 수지를 제조하는 단계;를 포함하여 제조할 수 있다.
또한, 상기 난연제는 고온에서 열분해를 통한 색상의 변색을 방지하기 위한 것으로서 인(P)계 난연제 또는 HALS계 난연제가 사용될 수 있다. 바람직한 일예로, 상기 인계 난연제는 인산(Phosphoric acid), 모노메틸인산(Monomethyl Phosphate), 트리메틸인산(Trimethyl Phosphate), 트리에틸인산(Triethyl Phosphate), 메틸디에틸인산아세테이트(Methyl diethyl Phosphonoacetate) 중에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 바람직하게는 트리에틸인산 및 메틸디에틸인산아세테이트 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 상기 HALS계 난연제는 바람직하게는 할스(HALS)계-트리아진계 난연제일 수 있으며, 입체장애아민 특성 및 트리아진을 포함하는 물질이라면 그 종류가 크게 제한되지 않으며, 구체적으로 폴리[[6-[1,1,3,3-테트라메틸부틸)아미노]-1,3,5-트리아진-2,4-디일] [(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐)이미노]-1,6-헥산디일[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피레리디닐)이미노]]; 폴리[[6-몰핀-1,3,5-트리아진-2,4-디일][(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐)이미노]-1,6-헥산디일[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피레리디닐)이미노]]; 폴리[[6-[1,1,3,3-테트라메틸부틸)아미노]-1,3,5-트리아진-2,4-디일][(1,2,2,6, 6-펜타메틸-4-피페리디닐)이미노]-1,6-헥산디일[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피레리디닐)이미노]]; 폴리[[6-몰핀-1,3,5-트리아진-2,4-디일][(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리디닐)이미노]-1,6-헥산디일[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피레리디닐)이미노]]; 폴리 [[6-[1,1,3,3-테트라메틸부틸)아미노]-1,3,5-트리아진-2,4-디일][(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐)이미노]-1,5-펜탄디일[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피레리디닐)이미노]]; 폴리[[6-몰핀-1,3,5-트리아진-2,4-디일][(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐)이미노]-1,5-펜탄디일[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피레리디닐)이미노]]; 폴리[[6-[1,1,3,3-테트라메틸부틸)아미노]-1,3,5-트리아진-2,4-디일][(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리디닐)이미노]-1,5-펜탄디일[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피레리디닐)이미노]]; 폴리[[6-몰핀-1,3,5-트리아진-2,4-디일][(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리디닐)이미노]-1,5-펜탄디일[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피레리디닐)이미노]]; 폴리[[6-[1,1,3,3-테트라메틸부틸)아미노]-1,3,5-트리아진-2,4-디일][(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐)이미노]-1,4-부탄디일[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피레리디닐)이미노]]; 폴리[[6-몰핀-1,3,5-트리아진-2,4-디일][(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐)이미노]-1,4-부탄디일[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피레리디닐)이미노]]; 폴리[[6-[1,1,3,3-테트라메틸부틸)아미노]-1,3,5-트리아진-2,4-디일][(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리디닐)이미노]-1,4-부탄디일[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피레리디닐)이미노]]; 폴리[[6-몰핀-1,3,5-트리아진-2,4-디일][(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리디닐)이미노]-1,6-부탄디일[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피레리디닐)이미노]]; N,N',N",N"'-테트라키스{2,4-비스[(1-히드로카르빌옥시-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-4-일)알킬아미노]-s-트리아진-6-일}-3,3'-에틸렌디이미노디프로필아민; 2,4-비스{N-[1-(2-히드록시-2-메틸프로폭시)-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-4-일]-N-알킬아미노}-6-(2-히드록시메틸아미노)-s-트리아진; 2,4-비스[(1-히드로카르빌옥시-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-4-일)알킬아미노]-6-(2-히드록시에틸아미노)-s-트리아진; 2,4-비스[(1-히드로카르빌옥시-2,2,6,6-피페리딘-4-일)알킬아미노]-6-클로로-s-트리아진; 또는 N,N',N"'-트리스{2,4-비스[(1-히드로카르빌옥시-2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-4-일)알킬아미노]-s-트리아진-6-일}-3,3'-에틸렌디이미노디프로필아민; 중에서 선택된 1종 이상을 선택하여 사용할 수 있다.
한편, 상기 제1 수지 및 제2 수지는 각각 독립적으로 제조되거나, 함께 제조될 수 있고, 이에 특별히 제한하지 않는다.
한편, 1단계는 제1 방사조액 및 제2 방사조액은 제1 수지 및 제2 수지를 각각 아미드계 용매에 용해시켜 제조할 수 있다.
이와는 별개로, 상기 제2 방사조액은 아미드계 용매 100 중량부에 대하여 제2 수지 10~30 중량부, 바람직하게는 20~30 중량부를 혼합하여 제조할 수 있다.
이때, 상기 아미드계 용매는 상기 아미드계 용매는 바람직하게는 극성 아미드계 용매일 수 있고, 더욱 바람직하게는 디메틸 아세트아마이드, 헥사메틸포스포아마이드, N-메틸피롤리돈, 테트라하이드로퓨란, 헥사플로로이소프로판올, 및 디메틸설폭사이드 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
다음으로, 2단계의 복합 방사는 100 ~ 400℃의 방사 온도 및 50 ~ 150mpm의 방사 속도로 수행할 수 있고, 바람직하게는 300 ~ 350℃의 방사 온도 및 100 ~ 120mpm의 방사 속도로 수행할 수 있고, 상기 제1 방사조액 및 제2 방사조액을 1:0.25 ~ 1:4.0의 중량비로, 바람직하게는 1:0.30 ~ 1:3.5의 중량비로, 더욱 바람직하게는 1:0.67 ~ 1:1.5의 중량비로 방사시켜 방사물을 수득할 수 있다.
이때, 상기 복합 방사는 일반적으로 사용할 수 있는 용액방사법이면 어느 것이든 가능하고, 바람직하게는 건식 방사일 수 있다.
다음으로, 3단계에 앞서, 상기 방사물은 방사통 내 토출 공정을 통해 섬유화시킬 수 있고, 상기 방사토출 공정은 200 ~ 400℃ 하에서 1.0 ~ 5.0초 동안 수행할 수 있고, 바람직하게는 300 ~ 350℃ 하에서 2.5 ~ 4.5초 동안 수행할 수 있고, 비활성 고온 기체 매질을 통한 용매 제거의 방법으로 수행할 수 있다.
또한, 상기 용매는 디메틸 아세트아마이드, 헥사메틸포스포아마이드, N-메틸피롤리돈, 테트라하이드퓨란, 헥사플로로 이소프로판올, 및 디메틸설폭사이드 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있고, 상기 염은 리튬클로라이드(LiCl), 칼슘클로라이드 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 예비 컨디셔닝을 수행함으로써, 섬유의 온도를 감소시키고 섬유의 표면에서 중합체-풍부 상(polymer-rich phase)을 추가로 생성시킬 수 있는데, 예비 컨디셔닝을 수행한 방사물에 원하는 직경까지 섬유의 길이를 그의 단위 길이의 몇 배만큼 신장시킬 수 있는 연신 공정을 바로 수행한다면, 개별 섬유의 파단 가능성이 높아지는 문제가 있을 수 있다. 상기한 문제점을 해결하기 위해, 습윤한 상태의 상기 예비 컨디셔닝을 수행한 방사물은 수시간 내지 수일일 수 있는 소정 기간 동안 통(tub) 안에 두어진다. 또한, 상기 방사물은 통으로부터 꺼내져 용매를 제거하기 위해 수성 세척됨과 동시에 다수의 수성 욕(bath) 내에서 일련의 롤 상에서 원하는 정도까지 연신 과정이 더 수행할 수 있다.
한편, 상기 예비 컨디셔닝 단계를 수행한 뒤, 섬유 또는 필라멘트의 번들은 이러한 연속 공정에서 개별 필라멘트의 파단을 방지하기 위해 후속 연신 단계 전에, 섬유가 컨디셔닝되는 컨디셔닝 단계를 더 수행할 수 있다. 상기 컨디셔닝 단계는 컨디셔닝 용액을 연속 이동하는 섬유 위에 분무 혹은 침지하여 수행할 수 있다. 상기 컨디셔닝 용액은 상기 예비 컨디셔닝 용액보다 더 높은 농도의 용매를 포함할 수 있고, 상기 예비 컨디셔닝 용액보다 더 높은 온도일 수 있으며, 상기 예비 컨디셔닝 용액과 같은 종류의 용매, 염을 사용할 수 있다. 상기 컨디셔닝 용액의 온도는 25 ~ 110℃, 바람직하게는 40 ~ 95℃일 수 있으며, 상기 용액은 용매 2 ~ 20중량%, 염 2 ~ 10중량% 및 물 잔량을 포함할 수 있고, 바람직하게는 상기 용매 6 ~ 38중량%, 염 1.0 ~ 14중량% 및 물 잔량을 포함할 수 있다.
다음으로, 4단계의 연신 및 열처리는 3단계를 수행한 방사물을 40 ~ 120℃ 하에서, 바람직하게는 45 ~ 100℃ 하에서 1.5 ~ 5.0의 연신비로, 바람직하게는 2.0 ~ 4.8의 연신비로 수행할 수 있다. 또한, 상기 연신은 온욕 속에서 연신하는 방법으로 수행할 수 있다.
다음으로, 상기 아라미드 복합 섬유는 세척 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 세척은 상기 복합 섬유가 롤 위를 지나갈 때, 80 ~ 100℃의 물을, 바람직하게는 85 ~ 95℃의 물을 상기 복합 섬유의 표면에 1 ~ 10초 동안 분무할 수 있고, 바람직하게는 2 ~ 8초 동안 분무하여 수행할 수 있고, 이를 통해 섬유 표면의 잔류 용매 및 염을 세척 및 제거할 수 있다.
상기한 제조방법을 통해 제조된 아라미드 복합 섬유를 도 1을 통해 설명하면, 상기 복합 섬유는 사이드 바이 사이드형(side-by-side)형 또는 개방된 심초 편심형(sheath-core)의 단면을 가질 수 있다. 상기 심초 편심형은 제1 수지(A)를 포함하는 초부; 및 제2 수지(A')를 포함하는 심부를 포함할 수 있으며, 상기 심부는 열융착 기능을 하며, 적어도 일부분이 외부로 노출된 것을 특징으로 할 수 있다. 종래의 메타아라미드 섬유는 내열성은 강하지만 열융착시 바로 분해가 시작되어, 다른 기재와의 융착이 불가능하다. 그러나, 본 발명은 열가소성 수지인 제2 수지가 심부로 도입되었고, 일부가 외부로 노출됨으로써 다른 기재와의 열융착 성형이 가능하다.
한편, 상기 아라미드 복합 섬유는 상기 제1 수지 및 제2 수지의 단면적 비가 1:0.25 ~ 1:4.0일 수 있고, 바람직하게는 1:0.30 ~ 1:3.5일 수 있고, 더욱 바람직하게는 1:0.67 ~ 1:1.5일 수 있다. 만일 상기 단면적비가 상기 범위를 벗어날 경우, 복합 섬유의 융착이 불가능하거나, 제2 수지의 섬유 형태 안정성이 낮아지는 문제가 있을 수 있다.
구체적으로는, 상기 제1 수지(도 1의 A)는 방향족 디아민 및 방향족 이산클로라이드가 공중합된 메타아라미드 중합체를 포함할 수 있고, 상기 제2 수지(도 1의 A')는 폴리에스테르 수지를 포함할 수 있다.
한편, 상기 제2 수지는 열융착 온도가 70 ~ 150℃이고, 바람직하게는 80 ~ 140℃이며, 더욱 바람직하게는 100 ~ 130℃일 수 있다. 만일 상기 열융착 온도가 70℃ 미만일 경우, 경시 변화로 인해 변형될 수 있는 문제가 있고, 180℃를 초과하는 경우 제2수지의 유기용매에 대한 용해도가 저하되어 제 1수지와의 복합방사가 어려워지는 문제점이 발생할 수 있다.
이때, 상기 '열융착 온도'란, 다른 온도와의 열 융착이 가능해지는 온도를 의미하며, 바람직하게는 '열융착 가능 온도' 또는 '열가공 온도'로 표현할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적으로는, 상기한 아라미드 복합 섬유를 포함하는 부직포 조성물을 열융착하여 부직포를 제조할 수 있다. 상기 부직포 조성물은 상기 아라미드 복합 섬유 및 다른 섬유(기재)를 포함하며, 상기 다른 섬유(기재)는 동종의 복합 섬유, 올레핀계 섬유, 지방족 나일론을 포함하는 열가소성 섬유 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
한편, 도 2는 상기 부직포 샘플의 이미지이다. 상기 부직포의 단사 섬도는 0.5 ~ 5.0 데니어 일 수 있고, 바람직하게는 1.0 ~ 4.0데니어일 수 있으며, 상기 범위를 벗어나는 섬도를 가질 경우, 일반적인 건식 방사법을 통해 제조되기 어려운 점이 있다.
한편, 상기 열융착은 70 ~ 150℃ 하에서 수행할 수 있고, 바람직하게는 80 ~ 140℃에서 수행할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 100 ~ 130℃에서 수행할 수 있다.
한편, 부직포는 핫멜트 공법을 통해 직접 제조되거나 니들펀칭 등의 공법으로 제조 후 열처리를 통해 프레스 가공 등의 형태 가공이 추가되어 제조 될 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예들을 통해 설명한다. 이때, 하기 실시예들은 발명을 예시하기 위하여 제시된 것일 뿐, 본 발명의 권리범위가 하기 실시예들에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
준비예 1-1: 제1 수지의 제조
디메틸 아세트아마이드(Dimethyl Acetamide, 아미드계 용매) 100중량부에 메타페닐렌디아민(meta-phenylenediamine, 방향족 디아민) 10중량부 및 이소프탈로일 클로라이드(Isophthaloyl dichloride, 이산 클로라이드) 19중량부를 4℃ 하에서 혼합 및 중합하여 메타아라미드 중합체를 제조했다.
다음으로, 상기 메타아라미드 중합체 및 염기성 화합물로 수산화칼슘(Ca(OH)2)를 1 : 1로 혼합하여 중화 시켰고, 그 결과물로 제1 수지를 수득했다.
준비예 1-2: 제1 수지의 제조
디메틸 아세트아마이드(Dimethyl Acetamide, 아미드계 용매) 100중량부에 메타페닐렌디아민(meta-phenylenediamine, 방향족 디아민) 10중량부 및 이소프탈로일 클로라이드(Isophthaloyl dichloride, 이산 클로라이드) 19중량부를 4℃ 하에서 혼합 및 중합하여 메타아라미드 중합체를 제조했다.
다음으로, 상기 메타아라미드 중합체 및 염기성 화합물로 수산화칼슘(Ca(OH)2)를 1 : 1로 혼합 및 중화시켜 중화물을 제조하였고, 상기 중화물에 난연제로 트리에틸인산(Triethyl Phosphate)을 제1 수지 전체 중량 중에서 2,000ppm가 되도록 투입하였고, 그 결과물로 제1 수지를 수득했다.
준비예 2-1: 제2 수지의 제조
(1)TPA 70몰% 및 IPA 30몰%의 조성을 가지는 산 성분과 EG 50몰%와 NPG 50몰%의 조성을 가지는 디올 성분을 1:1.5의 비율로 반응기 내로 투입하여 에스테르 반응물을 준비하였다.
(2)상기 에스테르 반응물을 255℃에서 1140토르(Torr) 압력 하에서 에스테르화 반응 시켜 에스테르 반응 생성물을 수득하였다.
(3)상기 에스테르 반응 생성물을 중·축합 반응기에 이송하였다.
(4)상기 중·축합 반응기에 티타늄 시트르산 킬레이트 중합촉매 350ppm 및 난연제로 트리에틸인산(triethyl phosphate)을 제2 수지 전체 중량 중에서 2,000ppm가 되도록 투입하여 중·축합 반응물을 준비한다.
(5)상기 중·축합 반응물을 최종압력이 0.5Torr가 되도록 서서히 감압하면서 280℃까지 승온시켜 중·축합 반응을 수행하여 폴리에스테르 수지를 포함하는 제2 수지를 제조했다.
준비예 2-2 ~ 준비예 2-8: 제2 수지의 제조
상기 준비예 2-1과 동일한 방법으로 제2 수지를 제조하되, 하기 표 1에 나타낸 조건으로 준비예 2-2 ~ 준비예 2-8을 제조했다.
준비예 2-9: 제2 수지의 제조
(1)TPA 70몰% 및 IPA 30몰%의 조성을 가지는 산 성분과 EG 50몰%와 NPG 50몰%의 조성을 가지는 디올 성분을 1:1.5의 비율로 반응기 내로 투입하여 에스테르 반응물을 준비하였다.
(2)상기 에스테르 반응물을 255℃에서 1,140토르(Torr) 압력 하에서 에스테르화 반응 시켜 에스테르 반응 생성물을 수득하였다.
(3)상기 에스테르 반응 생성물을 중·축합 반응기에 이송하였다.
(4)상기 중·축합 반응기에 티타늄 시트르산 킬레이트 중합촉매 350ppm을투입하여 중·축합 반응물을 준비한다.
(5)상기 중·축합 반응물을 최종압력이 0.5Torr가 되도록 서서히 감압하면서 280℃까지 승온시켜 중·축합 반응을 수행하여 폴리에스테르 수지를 포함하는 제2 수지를 제조했다.
비교준비예 2-1 ~ 비교준비예 2-9: 제2 수지의 제조
상기 준비예 2-1과 동일한 방법으로 제2 수지를 제조하되, 하기 표 1에 나타낸 조건으로 비교준비예 2-1 ~ 비교준비예 2-9를 제조했다.
산성분(몰%) 디올성분(몰%) 난연제(ppm)
TPA IPA AA DDDA EG NPG
준비예2-1 70 30 - - 50 50 2,000
준비예2-2 60 40 - - 50 50 2,000
준비예2-3 80 20 - - 50 50 2,000
준비예2-4 70 30 - - 40 60 2,000
준비예2-5 70 30 - - 60 40 2,000
준비예2-6 70 30 - - 50 50 10
준비예2-7 70 30 - - 50 50 1,000
준비예2-8 70 30 - - 50 50 3,000
준비예2-9 70 30 - - 50 50 -
비교준비예2-1 50 50 - - 50 50 2,000
비교준비예2-2 40 60 - - 50 50 2,000
비교준비예2-3 100 - - - 50 50 2,000
비교준비예2-4 70 30 - - 100 - 2,000
비교준비예2-5 90 10 - - 70 30 2,000
비교준비예2-6 70 - 30 - 50 50 2,000
비교준비예2-7 70 - - 30 50 50 2,000
비교준비예2-8 70 30 - - 50 50 4,000
비교준비예2-9 70 30 - - 50 50 5,000
실험예 1: 수지 물성 평가
준비예 1-1 ~ 준비예 1-2, 준비예 2-1 ~ 준비예 2-5, 준비예 2-9, 비교준비예 2-1 ~ 비교준비예 2-5 및 비교준비예 2-9의 수지를 다음과 같은 방법으로 평가하여 하기 표 2에 나타냈다.
(1) 유리전이온도(Tg)
시차주차열량계(DSC)를 이용하여 유리전이온도를 측정하였고, 분석 조건은 승온 속도 20℃로 하였다.
(2) 중량평균분자량(Mw)
겔투과크로마토그래피(GPC)를 이용하여 측정하였다.
(3) 용매 용해도
25℃에서 디메틸아세트아마이드(Dimethylacetamide, DMAc; 아미드계) 용매 100중량부에 20 중량부로 녹여서, 수지가 완전히 용해되는지 여부를 관찰하였다. 수지가 완전히 용해되어 투명한 경우를 ○로 표시하고, 미용해된 수지가 남아있거나 불투명한 경우는 X로 표시하였다.
　 Tg (℃) Mw 용제 용해도
준비예1-1 268 364,259 ○
준비예1-2 265 364,152 ○
준비예2-1 71.7 58,732 ○
준비예2-2 70.5 37,594 ○
준비예2-3 73.1 33,022 ○
준비예2-4 70.9 38,027 ○
준비예2-5 72.7 43,045 ○
준비예2-9 71.4 57,986 ○
비교준비예2-1 68.6 38,292 ○
비교준비예2-2 69.4 25,808 ○
비교준비예2-3 75.7 33,032 X
비교준비예2-4 63.0 32,053 X
비교준비예2-5 76.1 33,497 X
비교준비예2-6 58.2 41,227 ○
비교준비예2-7 53.3 43,293 ○
비교준비예2-8 53.1 43,246 ○
비교준비예2-9 53.2 43,288 ○
상기 표 2를 살펴보면, 준비예 1-1 ~ 준비예 1-2에서 제조된 제1 수지는 아미드계 용매에 잘 용해되는 것을 알 수 있었다.
한편, 준비예 2-1 내지 준비예 2-5의 제2 수지는 모두 70.0℃ 이상의 높은 유리전이온도를 가졌으며, 아미드계 용매에서의 용해도도 우수함을 알 수 있었다.
반면에, 이소프탈산을 40몰% 초과하여 제조한 비교준비예 2-1의 경우, 준비예 2-2(이소프탈산 40몰%)와 비교할 때, 유리전이온도가 70℃ 이하인 문제점이 있었다.
또한, 이소프탈산이 40몰%를 초과할 뿐만 아니라 테레프탈산도 60몰% 미만으로 하여 제조한 비교준비예 2-2의 경우, 준비예 2-2(이소프탈산 40몰% 및 테레프탈산 60몰%)와 비교할 때, 유리전이온도가 70℃ 이하인 문제점이 있었다.
또한, 테레프탈산이 80몰%를 초과하여 제조한 비교준비예 2-3의 경우, 준비예 2-3(테레프탈산 80몰%)과 비교할 때, 아미드계 용매에 용해되지 않는 문제점이 있었다.
또한, 네오펜틸글리콜 40몰% 미만으로 제조한 비교준비예 2-4의 경우, 준비예 2-5(네오펜틸글리콜 40몰%)와 비교할 때, 디메틸포름아마이드(Dimethylformamide, DMF) 용제에 용해되지 않는 문제점이 있었다.
또한, 이소프탈산 20몰% 미만으로 제조한 비교준비예 2-5의 경우, 준비예 2-3(이소프탈산 20몰%)과 비교할 때, 아미드계 용매에 용해되지 않는 문제점이 있었다.
또한, 이소프탈산을 대신하여 각각 아디프산 및 도데칸다이오산을 투입한 비교준비예 2-6 및 비교준비예 2-7은 유리전이온도가 70℃ 이하인 문제점이 있었다.
실시예 1: 아라미드 복합 섬유의 제조
준비예 1-2(난연제 2,000ppm 포함)에서 제조한 제1 수지 및 준비예 2-9에서 제조한 제2 수지를 각각 25℃ 하에서 디메틸 아세트아마이드(Dimethyl Acetamide, 아미드계 용매) 100중량부에 상기 제1 수지 20 중량부를 혼합하여 제1 방사조액을 제조했고, 상기 제2 수지 20 중량부를 혼합하여 제2 방사조액을 제조했다.
그리고, 상기 제1 방사조액 및 제2 방사조액을 1 : 1.0 중량비로 기체 질소 하에서 350℃의 방사 온도 및 100mpm(meter per minute)의 방사 속도로 복합 방사하여 사이드 바이 사이드(side-by-side)형의 방사물을 제조했고, 상기 방사물을 10℃로 0.5초 동안 예비 컨디셔닝 용액에 접촉시켰다. 이때, 상기 예비 컨디셔닝 용액은 용매 10중량%, 염 4중량% 및 잔량의 물을 포함하여 제조했다.
그리고, 상기 방사물을 컨디셔닝 용액에 25℃ 하에서 60분 동안 접촉시켰다. 이때, 상기 컨디셔닝 용액은 용매 15중량%, 염 4중량% 및 물 잔량을 포함하여 제조했다.
그리고, 상기 방사물을 90℃ 하에서 3.5의 연신비로 온욕 속에서 연신하여 아라미드 복합 섬유를 제조했다.
그리고 상기 복합 섬유가 롤 위를 지나갈 때, 90℃의 물을 상기 복합 섬유 표면에 4초 동안 분무하여 섬유 표면의 잔류 용매 및 염을 세척 및 제거했다.
그리고, 상기 복합 섬유를 건조했다. 이렇게 제조된 복합 섬유는 제1 수지 및 제2 수지의 단면적 비가 1 : 1.0이고, 2.0de(데니어)의 섬도 및 800가닥의 필라멘트 수를 가진다.
실시예 2 ~ 실시예 3: 아라미드 복합 섬유의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 제1 수지 및 제2 수지의 단면적비를 하기 표 3의 조건으로 하여 실시예 2 ~ 실시예 3을 제조했다.
실시예 4 ~ 실시예 7: 아라미드 복합 섬유의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 준비예 1-1에서 제조된 제1 수지 및 각각 준비예 2-1, 준비예 2-6 ~ 준비예 2-8에서 제조된 제2 수지를 사용하여(하기 표 4에 나타내었다.) 실시예 4 ~ 실시예 7를 제조했다.
비교예 1 ~ 비교예 2: 아라미드 복합 섬유의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 제1 수지 및 제2 수지의 단면적비를 하기 표 3의 조건으로 하여 비교예 1 ~ 비교예 2를 제조했다.
비교예 3 ~ 비교예 4: 아라미드 복합 섬유의 제조
실시예 1과 동일한 방법으로 제조하되, 제1 수지로 준비예 1-1에서 제조한것을 사용하고, 제2 수지로 각각 비교준비예 2-8 ~ 비교준비예 2-9에서 제조된 것을 사용하여(하기 표 4에 나타냈다.) 비교예 3 ~ 비교예 4를 제조했다.
실험예 2: 아라미드 복합 섬유의 평가1
실시예 1 ~ 실시예 3 및 비교예 1 ~ 비교예 2에서 제조된 아라미드 복합 섬유의 단면적비에 따른 복합 섬유 성능을 다음과 같은 방법으로 평가하여 그 결과를 하기 표 3에 나타냈다. 이때, 상기 단면적비는 제1 수지(A)의 단면적 : 제2 수지(A')의 단면적이다.
(1)난연성능(LOI) 측정
KS-M ISO 4589-1호의 방법을 통해 한계산소지수(LOI)를 통해 난연 성능을 측정하였다.
(2)열성형성 평가
열융착을 통한 부직포 제조 성능에 대한 감성 평가 방식으로 관찰하여, '아주 좋음', '좋음', '다소 나쁨', '나쁨'으로 평가하였다.
실시예1 실시예2 실시예3 비교예1 비교예2
복합섬유 제1수지 준비예1-2 준비예1-2 준비예1-2 준비예1-2 준비예1-2
제2수지 준비예2-9 준비예2-9 준비예2-9 준비예2-9 준비예2-9
단면적비
(A:A')		 1:1.0 1:0.25 1:4.0 1:9.0 1:0.11
난연성능(LOI) 26 27 20 18 29
열성형성 아주좋음 좋음 다소나쁨 나쁨
(A'의 섬유 형태유지불가)		 나쁨
(융착불가)
상기 표 3을 살펴보면, 제1수지 및 제2수지의 단면적비가 1 : 0.25 ~ 4.0인 실시예 1 ~ 실시예 3의 경우 부직포 성형성이 우수할 뿐만 아니라 난연성능 또한 우수한 것을 확인할 수 있었다.
반면에, 제2 수지의 단면적비가 0.25 미만인 비교예 2의 경우 열성형성이 매우 불량한 것을 알 수 있었는데, 이는 제 1수지가 비율이 증가하게 되어 열융착 특성이 없는 제1수지의 특성으로 인해 부직포성형성이 나빠졌기 때문으로 예측된다.
또한, 제2수지의 단면적비가 4.0을 초과하는 비교예 1의 경우, 난연성능이 현격하게 불량해질 뿐만이 아니라 섬유의 형상을 유지하지 못하는 것을 확인할 수 있었는데, 난연성능이 불량해진 것은 난연제가 포함되어 있는 제1 수지의 단면적이 작아졌기 때문이며, 섬유의 형상을 유지하지 못하는 것은 과도한 용융으로 인한 것으로 예측된다.
실험예 3: 아라미드 복합 섬유 평가2
실시예 1, 실시예 4 ~ 실시예 7 및 비교예 3 ~ 비교예 4에서 제조된 아라미드 복합 섬유의 난연제 함량에 따른 복합 섬유의 성능을 다음과 같은 방법으로 평가하여 그 결과를 하기 표 4 ~ 표 5에 나타냈다. 이때, 상기 난연제는 준비예 2-1 ~ 준비예 2-9 및 비교준비예 2-1 ~ 비교준비예 2-9 제조시 사용된 양(농도)를 나타낸 것이다.
(1)난연성능(LOI) 측정
KS-M ISO 4589-1호의 방법을 통해 한계산소지수(LOI)를 통해 난연 성능을 측정하였다.
(2)방사성 평가
방사공정 진행 시, 실 끊김이나 안정적인 토출성에 대한 통상적인 감성 평가의 결과를 '좋음', '보통','사절 발생'으로 평가하였다.
실시예4 실시예5 실시예6
복합섬유 제1수지 준비예1-1 준비예1-1 준비예1-1
제2수지 준비예
2-1		 준비예
2-6		 준비예
2-7
난연제 함량(ppm) 2,000 10 1,000
난연성능(LOI) 31 29 30
방사성 좋음 좋음 좋음
실시예7 비교예3 비교예4
복합섬유 제1수지 준비예1-1 준비예1-1 준비예1-1
제2수지 준비예2-8 비교준비예2-8 비교준비예2-9
난연제 함량(ppm) 3,000 4,000 5,000
난연성능(LOI) 32 32 34
방사성 보통 보통 사절발생
상기 표 4 ~ 표 5를 살펴보면, 실시예 1, 실시예 4 ~ 실시예 7은 난연제의 함량이 10 ~ 4,000ppm으로 포함됨에 따라, 난연 성능 및 방사성 또한 우수한 것을 알 수 있었다.
반면에, 난연제의 함량이 4,000ppm을 초과하는 비교예 3 ~ 비교예 4의 경우에는 방사 중 사절이 다수 발생하여 방사성이 불량한 것을 알 수 있었다.
실험예 4: 아라미드 복합 섬유의 접착 평가
실시예 1에서 제조된 복합 섬유를 올레핀계 기재에 각각 40℃, 60℃, 70℃, 100℃, 150℃, 180℃, 190℃ 및 200℃ 하에서 융착(접착)하는 감성 평가 방식으로 관찰하여, 접착 정도에 따라'좋음', '보통', '나쁨'및 '불가'로 평가하여 하기 표 6에 나타내었다.
구분 실시예1 실시예1 실시예1 실시예1
융착온도(℃) 40 60 70 100
접착정도 불가 나쁨(일부 융착) 보통 보통
구분 실시예1 실시예1 실시예1 실시예1
융착온도(℃) 150 180 190 200
접착정도 좋음 나쁨 나쁨 나쁨
상기 표 6을 살펴보면, 실시예 1을 70 ~ 150℃로 융착시킨 경우에는 다른 기재와의 접착이 잘 이루어지는 것을 알 수 있었다.
반면에, 60℃(70℃ 미만)으로 융착시킨 경우에는 복합 섬유 표면의 일부만 접착되는 것을 확인할 수 있었고, 40℃로 융착시킨 경우에는 아예 접착이 되지 않아 융착이 불가능한 것을 알 수 있었다.
또한, 150℃를 초과하는 온도에서는 접착 정도가 매우 불량한 것을 알 수 있었는데, 제2 수지(A')가 섬유의 형태를 유지하지 못하는 것을 확인할 수 있었다.
이상에서　본　발명에　대하여　구현예를　중심으로　설명하였으나　이는　단지　예시일　뿐　본　발명의　구현예를　한정하는　것이　아니며,　본　발명의　실시예가　속하는　분야의　통상의　지식을　가진　자라면　본　발명의　본질적인　특성을　벗어나지　않는　범위에서　이상에　예시되지　않은　여러　가지의　변형과　응용이　가능함을　알　수　있을 것이다.　예를　들어,　본　발명의　구현예에　구체적으로　나타난　각　구성　요소는　변형하여　실시할　수　있는　것이다.　그리고　이러한　변형과　응용에　관계된　차이점들은　첨부된　청구　범위에서　규정하는　본　발명의　범위에　포함되는　것으로　해석되어야　할　것이다.
A: 제1 수지 A': 제2 수지

Claims (10)

  1. 메타아라미드 중합체를 포함하는 제1 수지; 및 폴리에스테르 수지를 포함하는, 열융착 온도가 70 ~ 150℃인 제2 수지;를 포함하는 복합 섬유로서,
    상기 제2 수지는 적어도 일부분이 외부로 노출되어 있으며,
    상기 폴리에스테르 수지는 산과 디올을 에스테르화 반응시킨 에스테르 반응 생성물을 포함하고,
    상기 산은 이소프탈산 20 ~ 40몰% 및 나머진 잔량의 테레프탈산을 포함하며,
    상기 디올은 네오펜틸글리콜 40 ~ 60 몰% 및 나머지 잔량의 에틸렌글리콜을 포함하는 것을 특징으로 하는 열융착 성형이 가능한 아라미드 복합 섬유.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 수지는 방향족 디아민 및 방향족 이산클로라이드가 공중합된 중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 열융착 성형이 가능한 아라미드 복합 섬유.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 수지 및 제2 수지의 단면적비는 1:0.25 ~ 1:4.0인 것을 특징으로 하는 열융착 성형이 가능한 아라미드 복합 섬유.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복합 섬유는 사이드바이사이드형 복합 섬유 혹은 개방된 심초 편심형 복합 섬유이며,
    상기 개방된 심초 편심형 복합 섬유는 제1 수지를 포함하는 심부; 및 제2 수지를 포함하는 초부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열융착 성형이 가능한 아라미드 복합 섬유.
  5. 제1항 내지 제4항 중에서 선택된 어느 한 항의 복합 섬유를 포함하는 부직포 조성물을 70 ~ 150℃ 하에서 열융착 성형하여 제조된 부직포.
  6. 메타아라미드 중합체를 포함하는 제1 수지 및 폴리에스테르 수지를 포함하는 열융착 온도가 70 ~ 150℃인 제2 수지를 각각 아미드계 용매에 용해하여 제1 방사조액 및 제2 방사조액을 제조하는 1단계;
    상기 제1 방사조액 및 제2 방사조액을 1 : 0.25 ~ 1 : 4.0의 중량비로 복합 방사하여 방사물을 수득하는 2단계;
    상기 방사물을 예비 컨디셔닝 및 컨디셔닝 수행하는 3단계; 및
    3단계를 수행한 방사물을 연신 및 열처리 수행하여 복합 섬유를 수득하는 4단계; 를 포함하는 공정을 수행하며,
    상기 폴리에스테르 수지는,
    산과 디올 성분을 에스테르화 반응시켜 에스테르 반응 생성물을 제조하는 단계; 및
    상기 에스테르 반응 생성물과 티타늄계 촉매를 포함하는 중·축합 반응물을 중·축합 반응시켜 폴리에스테르 수지를 제조하는 단계; 를 포함하는 공정을 수행하여 제조하고,
    상기 산은 이소프탈산 20 ~ 40몰% 및 나머진 잔량의 테레프탈산을 포함하며,
    상기 디올은 네오펜틸글리콜 40 ~ 60 몰% 및 나머지 잔량의 에틸렌글리콜을 포함하는 것을 특징으로 하는 열융착 성형이 가능한 아라미드 복합 섬유의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제1 수지는
    아미드계 용매 100 중량부에 대하여, 메타페닐렌디아민 5 ~ 15 중량부 및 이소프탈로일 클로라이드 10 ~ 30 중량부를 0 ~ 70℃ 하에서 혼합 및 중합하여 메타아라미드 중합체를 제조하는 단계; 및
    상기 메타아라미드 중합체를 중화하는 단계;를 포함하여 제조하는 것을 특징으로 하는 열융착 성형이 가능한 아라미드 복합 섬유의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 아미드계 용매는 디메틸 아세트아마이드, 헥사메틸포스포아마이드, N-메틸피롤리돈, 테트라하이드로퓨란, 헥사플로로이소프로판올 및 디메틸설폭사이드 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 열융착 성형이 가능한 아라미드 복합 섬유의 제조방법.
  9. 삭제
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제1 수지 또는 제2 수지는 난연제를 10 ~ 4,000ppm으로 포함하고,
    상기 난연제는 인계 난연제 및 HALS계 난연제 중에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 열융착 성형이 가능한 아라미드 복합 섬유의 제조방법.
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