KR20010081085A

KR20010081085A - 메타형 방향족 폴리아미드 섬유의 제조방법

Info

Publication number: KR20010081085A
Application number: KR1020017007762A
Authority: KR
Inventors: 오오바아끼히로; 요시또미다까시; 이와사끼히로즈미; 다끼우에고따로
Original assignee: 야스이 쇼사꾸; 데이진 가부시키가이샤
Priority date: 1999-10-21
Filing date: 2000-10-20
Publication date: 2001-08-25
Also published as: EP1143048B1; KR100531989B1; TW562823B; DE60029085T8; CA2355316C; CN1162572C; ES2263492T3; EP1143048A4; EP1143048A1; ATE331826T1; DE60029085D1; CN1341169A; CA2355316A1; ID28946A; US6569987B1; DE60029085T2; WO2001029296A1

Abstract

용액중합법으로 얻어진 메타형 방향족 폴리아미드 중합용액으로부터 메타형 방향족 폴리아미드 섬유를 제조하는 방법으로, 하기 (1) ∼ (7) 의 일련의 공정 :

(1) 극성 유기용매 중에서 메타형 방향족 디아민과 메타형 방향족 디카르복실산클로라이드를 반응시켜 메타형 방향족 폴리아미드를 제조하는 중합공정,

(2) 수득된 중합체 용액 중에 함유되어 있는 염화수소를, 그것과 반응하여 중합용매에 용해되지 않는 염을 생성하는 알칼리금속 수산화물을 함유하는 중화제로 중화하는 중화공정,

(3) 중합체 용액으로부터 석출된 염을 여과제거하는 여과공정,

(4) 수득된 중합체 용액에 물과 아미드계 극성 유기용매를 첨가하여 방사용액을 조제하는 방사용액 조제공정,

(5) 메타형 방향족 폴리아미드를 함유하는 수득된 방사용액을, 섬유상으로 수성 응고액 중에 직접 압출하여 이를 응고시켜 섬유상으로 형성하는 응고공정,

(6) 응고된 섬유를 수중에 침지하여 섬유중에서 염과 용매를 제거하는 물세정공정, 및

(7) 헹구어진 섬유를 연신·열처리하는 연신열처리공정

을 포함하는 메타형 방향족 폴리아미드 섬유의 제조방법.

Description

메타형 방향족 폴리아미드 섬유의 제조방법{PROCESS FOR PRODUCING META-AROMATIC POLYAMIDE FIBER}

메타형 방향족 폴리아미드는 분자골격이 거의 방향족환으로 구성되어 있기 때문에, 우수한 내열성과 난연성을 가지고 있다. 따라서, 이러한 메타형 방향족 폴리아미드는 고내열성과 내염성이 중요시되는 섬유, 필름, 시트의 용도로 사용되고 있다.

이러한 메타형 방향족 폴리아미드 (이하, 메타형 아라미드라 약칭하기도 함) 의 섬유, 예컨대 폴리메타페닐렌이소프탈아미드 섬유는, 주로 하기의 2 가지의 공업적인 방법에 의해 제조되고 있다.

즉, 제 1 방법은, 메타페닐렌디아민과 이소프탈산클로라이드를 N,N-디메틸아세트아미드 중에서 저온용액 중합시켜 폴리메타페닐렌이소프탈아미드 용액을 조제한 다음, 그 용액 중에 용존하고 있는 부생 염산을 수산화칼슘으로 중화하고, 이어서 중화에 의해 생성된 염화칼슘이 용존하는 중합체 용액을 그대로 건식방사하는 방법 (일본 특허공보 소 35-14,399 호, 미국특허 3,360,595 호 참조) 이다. 상기 방법에서, 중합체 용액에 함유된 염화칼슘의 함량은, 폴리아미드 중량에 대해 약 45 중량%이다.

제 2 방법은, 메타페닐렌디아민과 이소프탈산클로라이드를, 반응에서 생성되는 메타형 아라미드에 대해 좋은 용매가 아닌 유기용매, 예컨대 테트라히드로푸란 중에서 반응시킨 후, 상기 반응계를 무기산 수용제 및 수용성 중성염을 함유하는 수용액계와 접촉시킴으로써 반응을 완결시키고, 분말의 형태로 얻어진 폴리메타페닐렌이소프탈아미드를 분리하여 (일본 특허공보 소 47-10,863 호 참조), 이 중합체 분말을 아미드계 용매에 재용해한 후, 수득한 용액을 무기염 함유 수성 응고조에 습식방사하는 방법 (일본 특허공보 소 48-17,551 호 참조) 이다.

상기 제 1 방법은, 중합체를 분리하지 않고 방사용 용액으로서 사용할 수 있는 이점은 있지만, 방사 공정이 비점이 높은 아미드계 용매를 사용하여 수행되어, 제조상의 에너지 비용이 높고, 또한 방사 구금당 구멍수를 증대하면 방사안정성이 급속하게 저하된다는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 이 중합체 용액을 수성 응고조 중에 습식방사하면, 거의 대부분 불투명하며 기계적 강도가 작은 섬유밖에 얻을 수 없다. 따라서, 이러한 습식방사 방법은 아직 공업적으로는 실시되고 있지 않다.

제 2 방법에는, 상술한 건식방사의 문제는 발생되지 않지만, 중합계의 용매와 방사계의 용매가 달라지는 것, 중합계로부터 분리한 중합체를 재용해하기 위한 공정을 요하는 것, 재용해하여 안정된 용액을 얻기 위해서는 특별한 배려와 세심한 공정관리가 요구되는 등의 문제가 있다 (일본 특허공보 소 48-4,661 호 참조).

이러한 문제를 해소하기 위해, 최근에는 용액중합에 의한 메타형 아라미드 중합체 용액을 습식방사하여 불투명하지 않고 강도 높은 섬유를 얻는 방법이 다양하게 검토되고 있다.

예컨대, 일본 공개특허공보 평 10-88,421 호, 일본 공개특허공보 평 10-53,920 호 등에는, 3 중량% 이상의 농도로 염을 함유하는 메타형 방향족 폴리아미드 용액을 방사용액으로 하고, 상기 방사용액을 특정농도 범위의 용매농도 및 염농도를 함유하는 수계 응고조를 사용하여 특정 범위의 온도에서 습식방사한 다음, 방사된 섬유를 용매농도 및 염농도가 특정 범위에 있는 상태조정액 중에서 특정 범위내 온도에서 처리한 후, 상태조절된 섬유를 용매농도 및 염농도가 특정 범위에 있는 수성 연신욕 중에서 특정 범위내 온도에서 연신하는 방법이 제안되고 있다. 확실히, 이러한 방법에 의하면, 보이드의 발생이 적고 기계적 특성이 우수한 섬유가 얻어진다. 하지만, 생산성은 상기 무기염을 실질적으로 함유하지 않는 방사용액을 사용하는 방법과 비교하여 떨어진다는 문제가 있다.

또, 다른 방법으로서 일본 공개특허공보 평 8-74,121 호, 일본 공개특허공보 평 8-74,122 호에는, 방향족 디아민과 방향족 디카르복실산클로라이드를 아미드계 용매 중에서 반응시켜 수득한, 부생 염산을 함유한 메타형 방향족 폴리아미드 용액을 수산화칼슘, 산화칼슘, 탄산칼슘으로 중화하여 이루어지는 고농도로 무기염을 함유하는 중화 용액에, 특정량의 아미드계 용매 및 물을 첨가하여 중합체 농도 및 물농도를 특정 범위로 한 것을 방사용액으로 하여 습식방사하는 방법이 제안되고 있다. 이 방법을 수계의 응고조를 사용하여 수행하면 섬유 속으로의 응고제의침투가 억제되어 보이드가 적은 투명성이 뛰어난 섬유가 안정적으로 얻어지고, 이 섬유의 연신성은 양호하므로 우수한 역학특성의 연신섬유를 얻을 수 있다. 그러나, 이러한 방법에서는, 방사 구금의 토출 구멍수가 예컨대 1,000 또는 30,000 개로 많아지면 안정적으로 습식방사하는 것이 곤란해져, 품질이 우수한 섬유를 고수율로 제조할 수 없다는 문제가 있다.

한편, 무기염의 함유량이 낮은 방사용액을 습식방사하는 방법으로는, 중합에 의해 생성되는 염화수소를, 중화반응에 의해 생성되는 염이 용매에 불용이 되는 중화제를 사용하는 방법이 여러가지 제안되고 있다. 그러나, 암모니아 가스를 사용하는 방법 (일본 특허공개공보 소 35-14,399 호, 일본 공개특허공보 소 49-129,096 호) 에서는, 중화된 반응 중간생성물로부터 불용성의 할로겐화 암모늄염을 완전히 제거하는 것이 곤란하기 때문에 방사 노즐이 오염되기 쉬울 뿐만 아니라, 습식방사시의 안정성도 아직 불충분하다는 문제가 있다. 탄산나트륨이나 수산화나트륨 등의 과립상 고체중화제를 사용하는 방법에서는, 그 중화반응이 고체/액체반응이고, 또한 생성되는 중화염은 용매에 불용성이며 중화제 표면에 석출되므로, 완전하게 중화시킬 수 없다는 문제가 있다.

또, 고체 탄산수소나트륨을 그대로 중화제로서 사용하는 방법에서는, 중화시에 탄산가스가 발생하므로 중합체 과립 고체 표면에 석출된 중화염이 제거되어 중화의 효율은 개선되지만, 완전하지는 않고, 또 발생한 가스가 용액에 거품이 생기는 요인이 되어 방사성을 저하시킨다는 문제도 있다.

본 발명은, 품질 및 생산성이 개선된 메타형 방향족 폴리아미드 섬유의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 목적은, 품질이 우수한 섬유를 습식방사할 수 있고, 또한 생산성이 비약적으로 개선된 메타형 방향족 폴리아미드 섬유의 제조방법을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 중합반응에서 부생되는 염화수소를 매우 효율적으로 중화할수 있고, 또한 부생되는 중화염을 용이하게 제거하여, 얻어진 용액을 단순히 여과처리하는 것만으로 사용하여, 용이하게 습식방사 등의 습식성형을 하는 것을 가능하게 하고, 품질이 우수한 메타형 방향족 폴리아미드 섬유를 높은 생산성으로 제조하는 방법을 제공하는 것에 있다.

상기 목적은 본 발명의 메타형 방향족 폴리아미드 섬유의 제조방법에 의해 달성된다. 본 발명의 방법은, 용액중합법으로 얻어진 메타형 방향족 폴리아미드 중합용액으로부터 메타형 방향족 폴리아미드 섬유를 제조하는 방법으로, 하기 (1) ∼ (7) 의 일련의 공정 :

(2) 상기 중합공정 (1) 에서 얻어진 중합체 용액 중에 함유되어 있는 염화수소를, 그것과 반응하여 중합용매에 용해되지 않는 염을 생성하는 알칼리금속 수산 화합물을 함유하는 중화제로 중화하는 중화공정,

(3) 상기 중화공정 (2) 에서, 중합체 용액으로부터 석출된 염을 여과제거하는 여과공정,

(4) 상기 여과공정 (3) 에서 얻어진 중합체 용액에 물과 아미드계 극성 유기용매를 첨가하여 방사용액을 조제하는 방사용액 조제공정,

(5) 상기 방사용액 조제공정 (4) 에서 얻어진 메타형 방향족 폴리아미드 방사용액을, 섬유상으로 수성 응고액 중에 직접 압출하여 이를 응고시켜 섬유상으로 형성하는 응고공정,

(6) 상기 응고공정 (5) 에서 꺼낸 섬유를 수중에 침지하여 섬유중에서 염과 용매를 제거하는 물세정공정, 및

(7) 상기 물세정공정 (6) 에서 꺼낸 섬유를 연신·열처리하는 연신열처리공정

을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명의 메타형 방향족 폴리아미드 섬유의 제조방법의 상기 방사용액 조제공정 (4) 에 있어서, 메타형 방향족 폴리아미드 용액가, 물함량이 25 중량% 이하인 극성 유기용매-수혼합액에 첨가되는 것이 바람직하다.

본 발명의 메타형 방향족 폴리아미드 섬유의 제조방법의 상기 중합공정 (1) 에서 얻어진 상기 메타형 방향족 폴리아미드에 있어서, 그 전체 반복단위의 85 몰% 이상이 메타페닐렌이소프탈아미드 단위로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 메타형 방향족 폴리아미드 섬유의 제조방법의 상기 중합공정 (1) 에 사용되는 상기 아미드계 극성 유기용매가, N-메틸-2-피롤리돈 또는 N,N-디메틸아세트아미드인 것이 바람직하다.

본 발명의 메타형 방향족 폴리아미드 섬유의 제조방법의 상기 중화공정 (2) 에 있어서, 염화수소와 반응하여 상기 중합용매에 용해되지 않는 염을 형성하는 알칼리금속 수산화물이 수산화나트륨 또는 수산화칼륨인 것이 바람직하다.

본 발명의 메타형 방향족 폴리아미드 섬유의 제조방법의 상기 중화공정 (2) 에 있어서, 알칼리금속 수산화물 수용액이 상기 중합체 용액에 첨가되는 것이 바람직하다.

본 발명의 메타형 방향족 폴리아미드 섬유의 제조방법에 있어서, 상기 알칼리금속 수산화물 수용액 중의 알칼리금속 수산화물의 농도가 20 ∼ 70 % 인 것이 바람직하다.

본 발명의 메타형 방향족 폴리아미드 섬유의 제조방법에 있어서, 상기 중화공정의 앞단계에서, 상기 공중합체 용액에 염화칼슘 또는 염화리튬을 첨가하는 공정 (8) 을 임의적으로 더 포함할 수 있다.

본 발명의 메타형 방향족 폴리아미드 섬유의 제조방법에 있어서, 상기 중화공정 (2) 에 있어서, 상기 중화제가 수산화칼슘 및 수산화리튬에서 선택된 적어도 1 종을 함유하고, 중합체 용액 중에 함유되는 염화수소 전량의 5 ∼ 55 몰% 를 상기 수산화칼슘 및/또는 수산화리튬으로 중화하는 것이 바람직하다.

본 발명의 메타형 방향족 폴리아미드 섬유의 제조방법에 있어서, 상기 방사용액 중에, 염화칼슘 및/또는 염화리튬이, 메타형 방향족 폴리아미드 중량에 대해 3 ∼ 25 중량% 의 함유량으로 함유되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 메타형 방향족 폴리아미드 섬유의 제조방법에 있어서, 상기 방사용액 중의 메타형 방향족 폴리아미드의 농도가 12 ∼ 18 중량% 이며, 물의 함유량이 메타형 방향족 폴리아미드 중량에 대해 25 ∼ 70 중량% 인 것이 바람직하다.

본 발명의 메타형 방향족 폴리아미드 섬유의 제조방법의 상기 중합공정 (1) 에 있어서, 상기 유기극성용매가 N-메틸-2-피롤리돈, N,N-디메틸아세트아미드, N,N-디메틸포름아미드, 디메틸술폭시드, N-메틸카프로락탐, N,N,N',N'-테트라메틸요소에서 선택되는 적어도 1 종을 함유하는 것이 바람직하다.

(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)

본 발명에 있어서는, 먼저 하기에 예시되는 메타형 방향족 디아민과 메타형 방향족 디카르복실산할라이드를, 아미드계 극성용매 중에서 중합시키는 공정 (1) 에 의해, 메타형 방향족 폴리아미드를 제조한다. 이 단계에서, 파라형 방향족 화합물 등의 다른 공중합 성분을 공중합해도 된다.

상기 메타형 방향족 디아민으로는, 메타페닐렌디아민, 3,4'-디아미노디페닐에테르, 3,4'-디아미노디페닐술폰; 및 이들의 방향환에 할로겐 원자 및/또는 탄소수 1 ∼ 3 의 알킬기의 치환기를 갖는 유도체, 예컨대 2,4-톨루일렌디아민, 2,6-톨루일렌디아민, 2,4-디아미노클로로벤젠, 2,6-디아미노클로로벤젠 등을 사용할 수 있다. 그 중에서도, 메타페닐렌디아민, 또는 메타페닐렌디아민을 85 몰% 이상, 바람직하게는 90 몰% 이상, 특히 바람직하게는 95 몰% 이상 함유하는 상기의 혼합 디아민을 사용하는 것이 바람직하다.

또, 메타형 방향족 디카르복실산할라이드로는, 이소프탈산클로라이드, 이소프탈산브로마이드 등의 이소프탈산 할라이드; 및 이들의 방향환에 할로겐 원자 및/또는 탄소수 1 ∼ 3 의 알콕시기 등의 치환기를 갖는 유도체, 예컨대 3-클로로이소프탈산클로라이드, 3-메톡시이소프탈산클로라이드를 사용할 수 있다. 그 중에서도, 이소프탈산클로라이드 또는 이소프탈산클로라이드를 85 몰% 이상, 바람직하게는 90 몰% 이상, 특히 바람직하게는 95 몰% 이상 함유하는 상기의 혼합 카르복실산할라이드를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 디아민과 카르복실산할라이드와 함께 사용할 수 있는 공중합 성분에 있어서, 방향족 디아민으로서 파라페닐렌디아민, 2,5-디아미노클로로벤젠, 2,5-디아미노브로모벤젠, 아미노아니시딘 등의 벤젠 유도체; 1,5-나프틸렌디아민, 4,4'-디아미노디페닐에테르, 4,4'-디아미노디페닐케톤, 4,4'-디아민디페닐아민, 4,4'-디아미노디페닐메탄 등을 들 수 있다. 또, 방향족 디카르복실산할라이드로는, 테레프탈산클로라이드, 1,4-나프탈렌디카르복실산클로라이드, 2,6-나프탈렌디카르복실산클로라이드, 4,4'-비페닐디카르복실산클로라이드, 및 4,4'-비페닐에테르카르복실산클로라이드 등을 들 수 있다.

이들의 공중합 성분의 공중합량은, 너무 많아지면 메타형 방향족 폴리아미드의 특성이 저하되기 쉽기 때문에, 바람직하게는 폴리아미드의 산성분 전체 몰량을 기준으로 15 몰% 이하인 것이 바람직하고, 특히 10 몰% 이하인 것이 보다 바람직하다.

본 발명에서 바람직한 메타형 방향족 폴리아미드는, 전체 반복단위의 85 몰% 이상, 바람직하게는 90 몰% 이상, 특히 바람직하게는 95 몰% 이상, 더욱 바람직하게는 100 몰% 가 메타페닐렌이소프탈레이트 단위로 이루어지는 폴리아미드이다.

본 발명에서 사용하는 유기극성용매로는, N-메틸-2-피롤리돈(NMP), 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸아세트아미드(DMAc), 디메틸술폭시드(DMSO), N-메틸카프로락탐, N,N,N',N'-테트라메틸요소 등이 예시되고, 그 중에서도 NMP 또는 DMAc 가 바람직하다.

공정 (1) 의 중합에서 얻어지는 메타형 방향족 폴리아미드의 중합도는, 30℃ 의 진한 황산을 용매로서 측정한 고유점도 (IV) 가 1.3 ∼ 3.0 인 것이 바람직하고, 특히 1.7 ∼ 2.2 의 범위가 보다 바람직하다.

상기 중합공정에서 얻어진 중합용액 중에는, 중합반응의 부생물로서 발생하는 염화수소가 함유되어 있기 때문에, 중합체 용액을 공정 (2) 에서 중화처리한다. 중화제로는, 중화반응에 의해 생성되는 염이 상기 중합매질 (아미드계 극성 유기용매) 에 용해되지 않는 알칼리금속 화합물이면 특별히 한정할 필요는 없지만, 경제성의 면에서 수산화나트륨 및 수산화칼륨, 특히 수산화나트륨이 바람직하다. 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위내라면, 다른 중화용 화합물을 사용해도 되고, 예컨대 중합용매 중에 용해하는 수산화리튬, 수산화칼슘, 산화칼슘 등을 상기 중화제와 병용해도 된다.

공정 (2) 에 있어서, 상기 알칼리금속 수산화물은, 미분말 또는 고체형태로 첨가해도 되고,또 수용액으로서 첨가해도 된다. 통상 중합반응에서 생성되는 염화수소를 효율적으로 중화하기 위해, 또 작업성 및 후술하는 여과공정 (3) 에서의 중화염의 여과성 면에서 상기 알칼리금속 수산화물의 수용액을 사용하는 것이 바람직하고, 그 농도는 특히 농도 20 ∼ 70 중량% 인 것이 바람직하고, 30 ∼ 60 중량% 인 것이 보다 바람직하다.

수용액내 중화제의 농도가 너무 높아지면, 수산화나트륨이나 수산화칼륨이중화반응 중에 고체로서 석출되기 쉬워져, 균일한 중화를 행하는 것이 곤란해진다.

중화공정에서 부생되는 중화염은, 상기 유기용매 함유 중합용액 중으로의 용해성이 낮기 때문에 실질적으로 용해되지 않고 고체 입자로서 석출되므로, 이것을 공정 (3) 에서 여과제거한다. 여과방식에는 제한은 없고, 종래 공지의 방법, 예컨대 여과, 원심분리 등을 채택하면 된다. 이 경우, 여과방식, 여과재료에 대해서도 특별히 제한은 없고, 시판하는 것, 특별히 설계된 것 등 임의의 것을 사용할 수 있다.

여과시의 중화 용액의 온도는, 너무 높으면 용액의 안정성이 저하됨과 함께 용액 중의 염함유량이 많아지는 경향이 있는 한편, 너무 낮으면 여과성이 저하되므로, 여과온도는 50 ∼ 90℃ 의 범위, 특히 70 ∼ 90℃ 의 범위가 적당하다.

다음, 여과공정 (3) 에서 얻어진 메타형 방향족 폴리아미드 용액 중에, 물과 아미드계 극성 유기용매를 함께 첨가하여 방사용액을 조제한다 (공정 (4)). 이 공정에서, 아미드계 유기용매 중에 물을 농도 25 중량% 이하에서 용해한 용액으로서 첨가하는 것이 바람직하다. 상기 방사용액중의 중합체 농도는 12 ∼ 18 중량% 인 것이 바람직하고, 특히 15 ∼ 17 중량% 의 범위가 되도록 하는 것이 보다 바람직하다. 또, 상기 중합체 중량을 기준으로 물의 함유량은 25 ∼ 70 중량% 인 것이 바람직하고, 특히 30 ∼ 50 중량% 가 되도록 하는 것이 보다 바람직하다.

상기와 같은 범위의 중합체 농도, 물 함유율을 갖는 방사용액을 조제함으로써, 후술하는 습식방사공정 (5) 의 공정 안정성이 향상됨과 동시에, 얻어지는 섬유의 투명성이 향상되어 품질이 향상된다.

또한, 상기 공정 (4) 에서 얻어지는 메타형 방향족 폴리아미드 방사용액은, 그 안정성을 향상시킬 목적으로, 이 용액 중에 염화칼슘 및/또는 염화리튬을 함유할수도 있다. 방사용액내 상기 염을 함유하는 방법은 특별히 한정되지 않고, 예컨대 중화공정의 앞단계, 예컨대 미리 중합반응용액 중에 염화칼슘 및/또는 염화리튬을 첨가해도 되고, 또는 수산화나트륨 및/또는 수산화칼륨을 사용하여 중화하기 전의 단계 또는 동시에, 중합공정에서 발생한 염화수소의 일부 (바람직하게는 5 ∼ 55 몰%) 를 수산화칼슘 및/또는 수산화리튬으로 중화함으로써 부생되는 염화칼슘 및/또는 염화리튬을 용액 중에 함유시켜도 된다.

방사용액 중의 염화칼슘 및/또는 염화리튬의 함유량은, 상기 메타형 방향족 폴리아미드 중량을 기준으로 3 ∼ 25 중량% 인 것이 바람직하고, 특히 10 ∼ 20 중량% 의 범위내에 있는 것이 보다 바람직하다. 상기와 같이 방사용액 중의 염화칼슘 및/또는 염화리튬의 함유량을 컨트롤함으로써, 물이 함유되는 경우의 방사용액의 안정성이 향상됨과 동시에, 습식방사시의 중합체의 응고성도 향상되어, 품질이 우수한 아라미드 섬유를 얻을 수 있다.

방사용액 조정공정 (4) 에서 얻어진 메타형 방향족 폴리아미드 용액은, 공정 (5) 에 제공되어 습식방사장치를 사용하여 방사된다. 즉, 방사용액을 직접 수성 응고액 중에 압출하여 고체 섬유형태로 응고시킨다.

응고된 폴리아미드 섬유를 응고조로부터 꺼내고, 물세정액에 침지하여 물세정공정 (6) (바람직하게는 다단계 물세정공정) 에 의해, 섬유중의 잔존용매농도 및 염농도를 조정한 후, 폴리아미드 섬유는 연신열처리공정 (7) 을 거쳐 필요에 따라토(tow)의 형태로 수관하거나 감거나 또는 직접 후공정으로 보내지고, 필요에 따라 권축(捲縮)을 부여하여, 원하는 섬유길이로 커팅하여 다음의 원하는 공정에 제공된다.

본 발명의 방법의 공정 (5) 에서 사용되는 방사 구금은, 방사구멍수가 50 ∼ 1,000 개의 섬유용 방사 구금라도 되지만, 본 발명의 효과를 최대한으로 발휘할 수 있는 것은, 방사구멍수가 1,000 ∼ 30,000 개의 스테이플 섬유용 방사 구금을 사용한 경우이다. 즉, 방사용액의 응고성이 양호하므로, 방사구멍수가 많아도 수득한 섬유상 스트림을 수성 응고조 중에서 안정적으로 응고시킬 수 있고, 아주 안정하게 응고시킬수 있다. 방사구멍직경은 일반적으로 0.05 ∼ 0.2 mm 이다. 방사 중의 메타형 방향족 폴리아미드 용액의 온도는, 50 ∼ 90℃ 의 범위내에 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 방법의 공정 (5) 에 사용되는 수성 응고액으로는, 종래 공지의 무기염의 수용액을 사용할 수 있다. 예컨대, 염화칼슘농도가 34 ∼ 42 중량%, NMP 농도가 5 ∼ 10 중량% 의 수용액을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 형태의 응고액을 사용하는 경우, 그 온도는 80 ∼ 95 ℃ 의 범위내에 있는 것이 바람직하다.

응고된 섬유를 수성 응고조에서 꺼내는 속도는 5 ∼ 25m/분의 범위내에 있는 것이 바람직하지만, 생산성을 향상시키는 관점에서는 10 ∼ 25m/분의 범위내에 있는 것이 보다 바람직하다. 응고액 중으로의 섬유의 침지시간은 1.0 ∼ 11 초의 범위내에 있는 것이 바람직하다.

응고액에서 꺼내진 섬유는, 물세정공정 (6) 을 거쳐 온수연신공정 (7) 으로 보내진다. 이 물세정공정 (6) 은 다단, 예컨대 3 ∼ 12 단으로 행하는 것이 바람직하다. 예컨대, 응고액에서 꺼내진 섬유를 60℃ 이하로 냉각한 후에 30℃ 이하의 제 1 물세정욕 중에 도입한다. 이 제 1 물세정욕의 유기극성용매, 예컨대 NMP 농도는 15 ∼ 25 중량% 의 범위내가 바람직하고, 이 농도를 유지할 수 있도록 세정수를 보충한다. 이 경우, 보충되는 세정수의 유량 및 그 세정수 중의 용매농도를 미리 설정해 둔다. 제 1 물세정욕 중으로의 섬유의 침지시간은 8 ∼ 30 초가 바람직하다. 이어서, 섬유를 30 ∼ 85℃ 의 제 2 물세정욕 중에 도입하여 세정한다. 제 2 물세정욕에 보충되는 세정수량 및 이 세정수 중의 용매농도, 및 물세정욕 중으로의 섬유의 침지시간은, 물세정공정에서 나온 섬유중의 잔류용매량이 중합체의 중량을 기준으로 15 ∼ 25 중량% 이며, 섬유중의 염화칼슘 및/또는 염화리튬의 농도가 0.5 중량% 이하가 되도록 적절히 선택설정된다.

물세정공정 (6) 에 의해 잔류용매량 및 염화칼슘 및/또는 염화리튬칼슘의 양을 원하는 값 이하로 조정하여 얻어진 섬유를, 온수연신공정 (7) 에 있어서, 바람직하게는 2.8 ∼ 3.5 배로 연신하면서, 잔류하는 용매 및 염을 다시 섬유에서 세정제거하는 것이 바람직하다. 연신은, 공정상태를 양호하게 유지하기 위해서는 다단계로, 바람직하게는 2 단 이상, 더욱 바람직하게는 3 단 이상으로 하는 것이 바람직하다.

공정 (7) 에 있어서, 상기 연신된 섬유를 100℃ 이상의 온도에서 건조시킨 다음, 가열 롤러 또는 열판을 사용하여 270 ∼ 350℃ 의 온도로 열처리한다.필요한 경우에는 이 열판 위에서 더 연신해도 된다.

이렇게 얻어진 메타형 방향족 폴리아미드 섬유는, 필요에 따라 토(tow)의 형태로 수관되거나 감거나 또는 직접 후공정으로 보내지고, 필요한 경우에는 권축을 부여한 후에 커팅하여 스테이플 섬유로 하여 후공정에 제공된다.

본 발명을 하기 실시예에 의해 더욱 구체적으로 설명한다. 실시예 중에서 하기의 측정을 실시하였다.

(1) 고유점도 (IV)

방향족 폴리아미드의 샘플을, 97% 농황산에 용해하고, 오스트월드 점도계를 사용하여 30℃ 에서 측정하였다.

(2) 섬도(thickness)

JIS L 1015 에 준거하여 섬유의 섬도를 측정하였다.

(3) 인장강도 및 최종신도

JIS L 1074 에 준거하여, 섬유길이 20mm, 초기하중 0.044cN/dtex (0.05g/데니어), 신장속도 20mm/분으로 시료를 인장시험하였다.

폴리아미드 용액 조제예 1

건조시킨 N-메틸-2-피롤리돈 (NMP) 144.3g 에 메타페닐렌디아민 12.977g 을 용해시키고, 질소분위기하에서 -10℃ 까지 냉각시켰다. 용액을 교반하면서 여기에 분말 이소프탈산클로라이드 24.425g 을 첨가한 후, 수득한 용액을 50℃ 에서 2 시간 반응시켰다. 생성된 중합체의 고유점도는 1.80 이었다. 중합에 의해 발생한 염화수소의 일부를, 수산화칼슘 0.954g 을 함유하는 NMP 분산액 (농도 22.5 중량%) 으로 중화한 후 (발생한 염화수소를 중화율 10.7 몰%로 중화), 상기 용액에 농도 50 중량% 의 수산화나트륨 수용액 17.14g 을 첨가하였다. 이 첨가에 의해, 중합체의 석출없이 중화반응이 진행되었다. 용액을 30 분간 교반한 후 중화반응을 종료하였다. 중화공정후의 용액 중의 중합체 농도는 14.1 중량% 이며, 중합체의 고유점도는 1.79 이며, 용액 중의 잔존 염화수소농도는 0.07 중량% 였다. 이 용액을 0.39 MPa (4kg/㎠) 의 압력으로 가압 여과하여, 중합체 농도 15 중량% 의 담황색 투명한 용액을 얻었다. 여과후 잔류 케이크 중의 미반응의 수산화나트륨의 함유량을 측정했지만 검출되지 않았다.

얻어진 여과용액을, 구멍직경 0.09mm 구멍수 100 의 방사 구금로부터, 고농도 염화칼슘 수용액을 주성분으로 함유하는 응고액 중에 토출하여 섬유상 물질을 형성시키고, 이 섬유를 냉수로 세정한 다음 온수중에서 연신비 2.4 로 연신함과 동시에 온수로 세정하고, 이 연신사를 가열 롤러로 170℃ 에서 건조시킨 후, 340℃ 의 열판 위에서 연신비 1.75 로 건조연신한 결과 광택이 있는 섬유가 얻어졌다. 얻어진 연신섬유의 성능은, 섬도 1.8dtex (2.0데니어), 인장강도 5.74cN/dtex(6.5g/데니어), 최종신도 39% 였다.

또, 상기 여과후의 용액을 70℃ 항온조 중에서 48 시간 보관했지만, 그결과 겔화는 발생하지 않고 담황색 투명이었다. 중합체의 고유점도는 1.78 이며, 중합체의 열화는 확인되지 않았다.

폴리아미드 용액 조제예 2

건조시킨 NMP 1,411.7g 에 메타페닐렌디아민 78.942g 을 용해시키고, 질소분위기하에서 -10℃ 까지 냉각시켰다. 용액을 교반하, 60℃ 에서 용융한 이소프탈산클로라이드 148.65g 을 첨가한 후 수득한 용액을 70℃ 에서 1 시간 반응시켰다. 생성된 중합체의 고유점도는 2.17 이었다. 중합에 의해 발생한 염화수소에, 농도 48.6 중량% 의 수산화나트륨 수용액 122.6g 을 첨가하면서 교반하여 중화처리하였다. 그 때, 중합체의 석출은 없어 균일한 중화가 가능하였다. 중화후의 용액 2g 을 물 150g 에 분산하여 분산액의 pH 를 측정한 결과 pH는 9.50 이었다. 이 용액의 일부를 가압여과하여 담황색 투명한 여과액을 얻었다.

이 여과액의 pH 를 측정한 결과 7.73 으로, 거의 중성의 용액을 얻을 수 있음을 확인되었다. 또, 중화후 수득된 중합체의 고유점도는 2.14 였다.

폴리아미드 용액 조제예 3

건조시킨 NMP 259.75g 에 메타페닐렌디아민 27.035g 을 용해시키고, 질소분위기하에서 -5℃ 까지 냉각시켰다. 냉각된 용액에 분말 이소프탈산클로라이드 50.750g 을 첨가한 후 수득된 용액을 70℃ 에서 1 시간 반응시켰다. 중합종료후의 중합체의 고유점도는 1.95 이었다. 수산화칼슘 5.96g 의 NMP 분산액 (농도 22.5 중량%) 에서 발생한 염화수소의 일부를 중화한 후 (발생한 염화수소는 중화율 32.2 몰%로 중화), 상기 용액에 농도 30 중량% 의 수산화나트륨 수용액 46.2g 을 첨가하고 30 분간 교반하여 중화하였다. 수산화나트륨 수용액의 첨가시에 중합체의 석출은 확인되지 않았다.

중화후의 용액 2g 을 물 150g 에 분산하여 분산액의 pH 를 측정한 결과, pH는 10.01 이었다. 이 용액의 일부를 가압여과하여 담황색 투명한 여과액을 얻었다. 이 여과액의 pH 를 측정한 결과 pH 는 8.01 로, 거의 중성의 용액을 얻을 수 있었다. 또, 중화후의 중합체의 고유점도는 1.92 였다.

폴리아미드 용액 조제예 4

건조시킨 NMP 259.75g 에 메타페닐렌디아민 27.035g 을 용해시키고, 질소분위기하에서 -5℃ 까지 냉각시켰다. 여기에 분말 이소프탈산클로라이드 50.758g 을 첨가한 후 70℃ 에서 1 시간 반응시켰다. 중합종료후의 중합체의 고유점도는 1.99 이었다. 수산화칼슘 5.96g 의 NMP 분산액 (농도 22.5 중량%) 에서 발생한 염화수소의 일부를 중화한 후 (발생한 염화수소는 중화율 32.2 몰%로 중화), 상기 용액에 70℃ 로 가온한 농도 65 중량% 의 수산화나트륨 수용액 21.28g 을 첨가하고 30 분간 교반하여 중화하였다. 첨가시에 수산화나트륨 및 중합체의 석출은 보이지 않았다.

중화종료후의 용액 2g 을 물 150g 에 분산하여 pH 를 측정한 결과 pH 는 9.88 이었다. 이 용액의 일부를 가압여과하여 담황색 투명한 여과액을 얻었다. 이 여과액의 pH 를 측정한 결과 pH 는 8.02 로, 거의 중성의 용액을 얻을 수 있었다. 또, 중화후의 중합체의 고유점도는 1.94 였다.

폴리아미드 용액 조제예 5

건조시킨 N,N-디메틸아세트아미드 (DMAc) 245.8g 에 메타페닐렌디아민 21.628g 을 용해시키고, 질소분위기하에서 -10℃ 까지 냉각시켰다. 교반하, 여기에 분말 이소프탈산클로라이드 40.7075g 을 첨가한 후 50℃ 에서 2 시간 반응시켰다. 생성된 중합체의 고유점도는 1.75 이었다. 중합에 의해 발생한 염화수소의 일부를 수산화칼슘 1.59g 의 DMAc 분산액 (농도 22.5 중량%) 으로 중화한 후 (발생한 염화수소는 중화율 10.7 몰%로 중화), 상기 용액에 농도 50 중량% 의 수산화나트륨 수용액 29.42g 을 첨가하였다. 수산화나트륨 수용액의 첨가시에 중합체의 석출은 보이지 않았다. 30 분간 교반한 후 중화반응을 종료하였다. 중화공정후의 용액 중의 중합체 농도는 14.1 중량% 이며, 중합체의 고유점도는 1.73 이었다.

또, 용액 중의 염화수소는 모두 중화되었고, 용액 2g 을 물 150ml 에 분산한 후에 pH 를 측정한 결과 pH 는 9.5 이었다. 이 용액을 여과하여 중합체 농도 15 중량% 의 담황색 투명한 용액을 얻었다. 여과후의 용액의 pH 를 측정한 결과 pH 는 7.8 로, 중성의 용액을 얻을 수 있었다.

폴리아미드 용액 조제예 6

건조시킨 NMP 245.8g 에 메타페닐렌디아민 21.628g 을 용해시키고, 질소분위기하에서 -10℃ 까지 냉각시켰다. 교반하, 여기에 분말 이소프탈산클로라이드 40.7075g 을 첨가한 후 70℃ 에서 1 시간 반응시켰다. 생성한 중합체의 고유점도는 1.88 이었다. 중합에 의해 발생한 염화수소의 일부를 수산화칼슘 4.77g 의 NMP 분산액 (농도 22.5 중량%) 으로 중화한 후 (발생한 염화수소는 중화율 32.2 몰%로 중화), 상기 용액에 농도 50 중량% 의 수산화칼륨 수용액 31.35g 을 첨가하여 교반하였다. 첨가시, 중합체의 석출은 보이지 않고, 30 분간 교반한 후 중화반응을 종료하였다. 중화종료후의 중합체의 고유점도는 1.85 였다.

중화종료후의 용액 2g 을 물 150ml 에 분산시킨 후, pH 를 측정한 결과 pH 는 10.01 이었다. 이 용액을 가압여과하여 담황색 투명한 용액을 얻었다. 이 용액 2g 샘플을 물 150ml 에 분산시키고 pH 를 측정한 결과 pH 는 8.01 이며, 수산화칼륨의 과잉분은 여과에 의해 제거되어 있음이 확인되었다.

비교 폴리아미드 용액 조제예 1

건조시킨 NMP 144.31g 에 메타페닐렌디아민 12.977g 을 용해시키고, 질소분위기하에서 -10℃ 까지 냉각시켰다. 교반하, 여기에 분말 이소프탈산클로라이드 24.425g 을 첨가한 후 50℃ 에서 2 시간 반응시켰다. 생성한 중합체의 고유점도는 1.90 이었다. 중합에 의해 발생한 염화수소를 수산화칼슘 8.89g 의 NMP 분산액 (농도 22.5 중량%) 으로 중화하고, 30 분간 교반한 후 중화반응을 종료하였다. 중화후의 중합체 농도는 15 중량% 이며, 중합체의 고유점도는 1.87 이었다. 용액 중의 잔존 염화수소의 농도는 0.03 중량% 였다. 이 용액은 약간의 현탁이 확인되었다. 수득된 용액을 0.39MPa (4kg/㎠) 의 압력으로 가압 여과하여, 얻어진 여과용액을 폴리아미드 용액 조제예 1 과 동일한 조건으로 방사에 사용해 보았지만, 다량의 개별 섬유의 끊어짐이 발생하고, 끊어진 섬유가 롤러에 감기는일 많이 발생하여 섬유의 형성이 곤란하였다.

비교 폴리아미드 용액 조제예 2

건조시킨 NMP 147.6g 에 메타페닐렌디아민 12.977g 을 용해시키고, 질소분위기하에서 -10℃ 까지 냉각시켰다. 수득된 용액에 분말 이소프탈산클로라이드 24.425g 을 첨가한 후 수득된 용액을 50℃ 에서 2 시간 반응시켰다. 생성한 중합체의 고유점도는 1.92 이었다. 중합반응용액에 수산화칼슘 0.954g 의 NMP 분산액 (농도 22.5 중량%) 을 첨가하여 발생한 염화수소의 일부를 중화한 후, 수산화나트륨 고체 8.57g 의 NMP 분산액을 첨가하고 60 분간 교반하여 중화하였다. 중화교반 30 분후의 중합체의 고유점도는 1.88 이며, 교반 60 분후의 중합체 고유점도는 1.80 까지 저하되었다. 이 중화용액을 여과하고, 여과후의 용액 2g 을 물 150ml 에 분산시키고 pH 를 측정한 결과 pH 는 3.5 이며, 다량의 염화수소가 잔존하고 있음이 확인되었다. 상기 여과한 케이크분 2g 샘플을 물 150ml 에 분산하여 pH 를 측정한 결과 이 pH 는 11.1 이며, 미반응의 수산화나트륨이 다량 케이크에 잔존하고 있음이 확인되었다.

비교 폴리아미드 용액 조제예 3

건조시킨 NMP 147.6g 에 메타페닐렌디아민 12.977g 을 용해시키고, 질소분위기하에서 -10℃ 까지 냉각시켰다. 수득된 용액에 분말 이소프탈산클로라이드 24.425g 을 첨가한 후 50℃ 에서 2 시간 반응시켰다. 생성한 중합체의 고유점도는 1.95 이었다. 수산화칼슘 0.954g 의 NMP 분산액 (농도 22.5 중량%) 으로 발생한 염화수소를 일부 중화한 후, 탄산수소나트륨 20.21g 을 첨가하고 30 분간 교반하여 중화하였다. 이 때, 용액 중에서 다량의 탄산가스가 발생하여 발포하였다. 중화후의 용액을 원심분리하고 수득한 투명한 여과액 2g 샘플을 물 150ml 에 분산시켜 pH 를 측정한 결과 pH 는 3.5 였다. 한편, 여과 케이크 2g 을 물 150ml 에 분산시켜 pH 를 측정한 결과 pH 는 10.8 이며, 중합반응용액을 효율적으로 완전하게 중화할 수 없다는 것을 확인하였다. 중화종료후의 중합체의고유점도는 1.90 이었다. 이 여과용액을 70℃ 항온조 중에서 24 시간 보관한 결과 중합체의 고유점도는 1.68 까지 저하되었고 중합체의 열화가 확인되었다.

실시예 1

온도계, 교반장치 및 원료투입구를 구비한 반응용기에, 수분율이 100ppm 이하의 NMP 961.0 중량부를 넣고, 이 NMP 중에 메타페닐렌디아민 100.0 중량부를 용해하여 0℃ 로 냉각시켰다. 이 냉각된 디아민 용액에, 이소프탈산클로라이드 187.7 중량부를 서서히 첨가하여 반응시켰다. 이 반응에서 용액의 온도는 70℃ 로 상승하였다. 반응개시로부터 60 분간 계속 교반한 후, 수산화칼슘의 NMP 슬러리 (농도 22.5 중량부) 를 98.0 중량부 첨가하고 20 분간 교반한 다음, 수산화나트륨 수용액 (농도 44.0 중량%) 을 104.1 중량부 첨가하고 60 분간 교반하여 반응을 종료시키고 반응 용기에서 중합용액을 추출하고, 90℃ 에서 여과하여 석출된 염화나트륨을 제거하여 투명한 중합용액을 얻었다. 여과시 여과속도는 단위여과면적당 25kg/㎡ 였다. 여과후의 중합용액을 60℃ 의 온도로 유지하였다.

이 중합용액으로부터 폴리메타페닐렌이소프탈아미드를 분리하여 고유점도(IV) 를 측정한 결과 1.97 였다. 또, 이 용액의 중합체 농도는 16.0 중량% 이며, 염화칼슘의 농도는 중합체의 중량을 기준으로 15 중량% 이며, 물의 농도는 중합체의 중량을 기준으로 39.4 중량% 였다.

이 중합용액 100 중량부에 물/NMP의 25/75 의 용액을 3.22 중량부 첨가·혼합하여 투명한 방사용액을 얻었다. 이 방사용액의 중합체 농도는 15.5 중량% 이고 물의 함유량은 중합체의 중량을 기준으로 44.4 중량% 였다.

이 방사용액 (60℃) 을, 구멍직경 0.07mm, 구멍수 15,000 의 방사 구금로부터 응고액 중에 직접 압출하여 섬유상으로 하여 꺼내었다. 응고액의 조성은 염화칼슘 40 중량%, NMP 5 중량% 의 수용액이며, 응고액의 온도는 90℃ 였다. 응고액 중으로의 섬유의 침지시간은 1.7 초이며, 응고된 섬유는 16m/분의 속도로 꺼내었다.

수득된 섬유다발을 50℃ 까지 냉각시킨 후, 수온 25℃ 의 제 1 물세정욕에 도입하여, 수온 45℃ 의 제 2 물세정욕, 수온 70℃ 의 제 3 물세정욕을 통하여 섬유중의 잔류용매량이 중합체의 중량을 기준으로 약 18 중량% 가 되기까지 물로 세정하였다. 이 세정 공정에서, 제 1 물세정욕의 수용액 조성에 있어서, NMP 22 중량%, 염화칼슘 14 중량% 로 조절하였다.

물세정후의 섬유에 대해 곧바로 98℃ 의 온수중에서, 제 1 단 연신배율 1.4 배, 제 2 단 연신배율 1.95 배, 제 3 단 연신배율 1.1 배의 3 단 연신을 실시하였다.

이 연신섬유를 170℃ 의 건조 롤러를 통과시켜 건조시킨 후, 200℃ 의 예열 롤러로 예열한 다음, 340℃ 의 롤러로 열세팅하고, 냉각 롤러로 30℃ 까지 냉각한 후, 유제를 부여하여 감아 33,333.3dtex/15,000 섬유 (30,000데니어/15,000 섬유) 의 연신섬유 토(tow)를 얻었다. 온수연신후의 섬유다발을 주행중에 관찰한 결과, 보풀의 검지수는 1 개/분 미만으로 양호하며 광택이 있는 섬유였다. 또, 방사 구금 전의 여과 필터의 압력상승 속도도 0.1MPa/일 미만으로 적어 양호하였다.

비교예 1

온도계, 교반장치 및 원료투입구를 구비한 반응용기에, 수분율이 100ppm 이하의 NMP 993.0 중량부를 넣고, 이 NMP 중에 메타페닐렌디아민 100.0 중량부를 용해하여 수득된 용액을 0℃ 로 냉각시켰다. 이 냉각된 디아민 용액에 이소프탈산클로라이드 187.7 중량부를 서서히 첨가하여 반응시켰다. 이 반응에서 용액의 온도는 70℃ 로 상승하였다. 반응개시로부터 60 분간 계속 교반한 후, 수산화칼슘의 NMP 슬러리 (농도 22.5 중량부) 를 98.0 중량부 첨가하고, 20 분간 교반한 다음, 수산화나트륨 수용액 (농도 44.0 중량%) 을 115.0 중량부 첨가하여, 60 분간 교반하여 반응을 종료시키고 중합용액을 추출하고, 이 중합용액을 90℃ 에서 여과하여 석출된 염화나트륨을 제거함으로써 투명한 중합용액을 얻었다. 여과시 여과속도는 여과개시후 30 분에서 3 시간의 평균으로 단위여과면적당 30kg/㎡/시간이었다. 여과후의 중합용액을 60℃ 의 온도로 유지하였다.

이 중합용액으로부터 폴리메타페닐렌이소프탈아미드를 분리하여 고유점도(IV) 를 측정한 결과 1.97 였다. 또, 용액의 중합체 농도는 15.5 중량% 이며, 염화칼슘의 농도는 중합체의 중량을 기준으로 15 중량%, 물의 농도는 중합체의 중량을 기준으로 44.4 중량% 였다.

이 중합용액을 방사용액 (60℃) 으로서 실시예 1 과 동일하게 방사, 물세정, 연신, 열처리를 행하고, 33,333.3dtex/15,000 섬유 (30,000데니어/15,000 섬유) 의 연신 토(tow)를 얻었다. 이 때, 방사 구금 전의 여과 필터의 압력은 0.5MPa/시간의 속도로 상승하여 장시간의 방사 운전은 불가능하였다. 온수연신후의 섬유다발을 주행중에 관찰한 결과, 보풀의 검지수는 1 개/분 미만으로 양호하며 광택이 있는 섬유였다.

방사 구금 전의 여과 필터를 관찰한 결과 염이 부착되어 있는 것이 확인되었다.

비교예 2

비교예 1 과 동일하게 중합하여 얻어진 중합용액을, 30℃ 로 냉각시키고, 이 온도에서 여과하여 염화나트륨을 제거하여 투명한 중합용액을 얻었다. 이 때의 평균여과속도는 단위여과면적당 9kg/㎡ 이며, 이것은 실용생산에 적용하기에는 부적당한 것이었다.

여과후의 중합용액을 60℃ 로 가온하고, 실시예 1 과 동일하게 방사, 물세정, 연신, 열처리를 행하여, 33,333 dtex/15,000 섬유 (30,000데니어/15,000 섬유) 의 연신 토(tow)를 얻었다. 이 때, 방사 구금 전의 여과 필터의 압력상승 속도는 0.1MPa/일 미만으로 작아 양호하였다. 온수연신후의 섬유다발을 주행중에 관찰한 결과, 보풀의 검지수는 1 개/분 미만으로 적어 양호하며 광택이 있는 섬유였다.

실시예 2

실시예 1 과 동일하게, 온도계, 교반장치 및 원료투입구를 구비한 반응용기중에, 수분율이 100ppm 이하의 NMP 918.0 중량부를 넣고, 이 NMP 중에 메타페닐렌디아민 100.0 중량부를 용해하여, 이 용액을 0℃ 로 냉각시켰다. 이 냉각된 디아민 용액에, 교반하면서 이소프탈산클로라이드 187.7 중량부를 서서히 첨가하여반응시켰다. 이 반응에서 용액의 온도는 70℃ 로 상승하였다. 반응개시로부터 60 분간 계속 교반한 후, 수산화칼슘의 NMP 슬러리 (농도 22.5 중량부) 를 65.5 중량부 첨가하고 20 분간 교반한 다음, 수산화나트륨 수용액 (농도 44.0 중량%) 을 120.0 중량부 첨가하고 수득된 혼합액을 60 분간 교반하여 반응을 종료시켰다. 수득된 중합용액을 반응용기에서 추출하고, 90℃ 에서 여과하여 석출된 염화나트륨을 제거함으로써 투명한 중합용액을 얻었다. 이 때의 여과속도는 여과개시후 30 분부터 3 시간의 평균으로 단위여과면적당 21kg/㎡/시간이었다. 여과후의 중합용액은 60℃ 로 유지하였다.

이 중합용액으로부터 폴리메타페닐렌이소프탈아미드를 분리하여 고유점도(IV) 를 측정한 결과 1.95 였다. 또, 용액의 중합체 농도는 16.9 중량% 이며, 염화칼슘의 농도는 중합체의 중량을 기준으로 10 중량% 이며, 물의 농도는 중합체의 중량을 기준으로 43.1 중량% 였다.

이 중합용액 100 중량부에, 물/NMP의 혼합비 25/75 의 용액을 4.56 중량부 첨가하고 혼합하여 투명한 방사용액을 얻었다. 이 방사용액 중의 중합체 농도는 16.1 중량% 이며, 물의 함유량은 중합체의 중량을 기준으로 49.9 중량% 였다.

이 방사용액 (60℃) 을 실시예 1 과 동일하게 방사, 물세정, 연신, 열처리를 행하여, 33,333.3dtex/15,000 섬유 (30,000데니어/15,000 섬유) 의 연신 토(tow)를 얻었다. 온수연신후의 섬유다발을 주행중에 관찰한 결과, 보풀의 검지수는 1 개/분 미만으로 적어 양호하며 광택이 있는 섬유였다. 또, 방사 구금 전의 여과 필터의 압력상승 속도는 0.1MPa/일 미만으로 작아 양호하였다.

실시예 3

실시예 1 과 동일하게, 온도계, 교반장치 및 원료투입구를 구비한 반응용기에, 수분율이 100ppm 이하의 NMP 981.7 중량부를 넣고, 이 NMP 중에 메타페닐렌디아민 100.0 중량부를 용해하여 이 용액을 0℃ 로 냉각시켰다. 이 냉각된 디아민 용액에, 이소프탈산클로라이드 187.7 중량부를 서서히 첨가하여 반응시켰다. 이 반응에 의해 용액의 온도는 70℃ 로 상승하였다. 반응개시로부터 60 분간 계속 교반한 후, 여기에 수산화칼슘의 NMP 슬러리 (농도 22.5 중량부) 98.0 중량부를 첨가하고 20 분간 교반한 다음, 수산화나트륨 수용액 (농도 60.0 중량%) 83.9 중량부 첨가하고 60 분간 교반하여 반응을 종료시켰다. 중합용액을 추출하고, 여기에서 석출된 염화나트륨을 90℃ 에서 여과하고 제거하여 투명한 중합용액을 얻었다. 이 때의 여과속도는 여과개시후 30 분부터 3 시간의 평균으로 단위여과면적당 25kg/㎡/시간이었다. 여과후의 중합용액은 60℃ 로 유지하였다.

이 중합용액으로부터 폴리메타페닐렌이소프탈아미드를 분리하여 고유점도(IV) 를 측정한 결과 1.95 였다. 또, 용액 중의 중합체 농도는 16.0 중량% 이며, 염화칼슘의 농도는 중합체의 중량을 기준으로 15 중량% 이며, 물의 농도는 중합체의 중량을 기준으로 30.4 중량% 였다.

이 중합용액 100 중량부에, 물/NMP의 25/75 의 용액 3.22 중량부를 첨가·혼합하여 투명한 방사용액을 얻었다. 이 방사용액 중의 중합체 농도는 15.5 중량% 이며, 물의 함유량은 중합체의 중량을 기준으로 35.4 중량% 였다.

이 방사용액 (60℃) 을 실시예 1 과 동일하게 방사, 물세정, 연신, 열처리를행하여, 33,333.3dtex/15,000 섬유 (30,000데니어/15,000 섬유) 의 연신 토(tow)를 얻었다. 온수연신후의 섬유다발을 주행중에 관찰한 결과, 보풀의 검지수는 1 개/분 미만으로 적어 양호하며 광택이 있는 섬유였다. 또, 방사 구금 전의 여과 필터의 압력상승 속도는 0.1MPa/일 미만으로 작아 양호하였다.

이상의 상기 실시예와 비교예의 결과 및 얻어진 각 섬유의 강신도 특성, 응고사 중의 보이드를 육안으로 판정하여 표 1 에 정리하여 나타낸다.

항목실시예번호	방사용액	염여과 특성	응고사	연신섬유의 특성
항목실시예번호	중합체농도(wt%)	CaCl₂함량(PHR)	물함량(PHR)	여과속도(kg/m²/hr)	여과압상승(Mpa/일)	보이드	보풀(개/분)	인장강도(cN/dtex)	최종신도(%)
실시예1	15.5	15.0	44.4	25	〈0.1	소	〈1	4.15	59
실시예2	16.1	10.0	49.4	21	〈0.1	소	〈1	4.33	56
실시예3	15.5	15.0	35.4	25	〈0.1	소	〈1	4.06	60
비교예1	15.5	15.0	44.4	30	11	소	〈1	4.15	59
비교예2	15.5	15.5	44.4	9	〈0.1	소	〈1	4.15	59

본 발명의 제조방법에 의하면, 안정성이 뛰어나고, 습식방사시의 응고성이 우수한 메타형 방향족 폴리아미드 용액으로부터, 품질이 양호한 메타형 방향족 폴리아미드 섬유를, 우수한 공정상황하에서 고수율로 생산할 수 있다.

Claims

용액중합법으로 얻어진 메타형 방향족 폴리아미드 중합용액으로부터 메타형 방향족 폴리아미드 섬유를 제조하는 방법으로, 하기 (1) ∼ (7) 의 일련의 공정 :

(1) 극성 유기용매 중에서 메타형 방향족 디아민과 메타형 방향족 디카르복실산클로라이드를 반응시켜 메타형 방향족 폴리아미드를 제조하는 중합공정,

(2) 상기 중합공정 (1) 에서 얻어진 중합체 용액 중에 함유되어 있는 염화수소를, 그것과 반응하여 중합용매에 용해되지 않는 염을 생성하는 알칼리금속 수산화물을 함유하는 중화제로 중화하는 중화공정,

(3) 상기 중화공정 (2) 에 있어서, 중합체 용액으로부터 석출된 염을 여과제거하는 여과공정,

(4) 상기 여과공정 (3) 에서 얻어진 중합체 용액에 물과 아미드계 극성 유기용매를 첨가하여 방사용액을 조제하는 방사용액 조제공정,

(5) 상기 방사용액 조제공정 (4) 에서 얻어진 메타형 방향족 폴리아미드 방사용액을, 섬유상으로 수성 응고액 중에 직접 압출하여 이를 응고시켜 섬유상으로 형성하는 응고공정,

(6) 상기 응고공정 (5) 에서 꺼낸 섬유를 수중에 침지하여 섬유중에서 염과 용매를 제거하는 물세정공정, 및

(7) 상기 물세정공정 (6) 에서 꺼낸 섬유를 연신·열처리하는 연신열처리공정을

포함하는 메타형 방향족 폴리아미드 섬유의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 방사용액 조제공정 (4) 에 있어서, 메타형 방향족 폴리아미드 용액에, 물농도가 25 중량% 이하인 극성 유기용매 수혼합액이 첨가되는 메타형 방향족 폴리아미드 섬유의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 중합공정 (1) 에서 얻어진 상기 메타형 방향족 폴리아미드에 있어서, 그 전체 반복단위의 85 몰% 이상이 메타페닐렌이소프탈아미드 단위로 이루어진 메타형 방향족 폴리아미드 섬유의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 중합공정 (1) 에 사용되는 상기 아미드계 극성 유기용매가 N-메틸-2-피롤리돈 또는 N,N-디메틸아세트아미드인 메타형 방향족 폴리아미드 섬유의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 중화공정 (2) 에서, 염화수소와 반응하여 상기 중합용매에 용해되지 않는 염을 형성하는 알칼리금속 수산화물이 수산화나트륨 또는 수산화칼륨인 메타형 방향족 폴리아미드 섬유의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 중화공정 (2) 에 있어서, 알칼리금속 수산화물 수용액이 상기 중합체 용액에 첨가되는 메타형 방향족 폴리아미드 섬유의 제조방법.
제 6 항에 있어서, 상기 알칼리금속 수산화물 수용액 중의 알칼리금속 수산화물이 20 ∼ 70 % 의 농도인 메타형 방향족 폴리아미드 섬유의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 중화공정 의 앞단계에서, 상기 공중합체 용액에 염화칼슘 또는 염화리튬을 첨가하는 공정 (8) 을 더 포함하는 메타형 방향족 폴리아미드 섬유의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 중화공정 (2) 에 있어서, 상기 중화제가 수산화칼슘 및 수산화리튬에서 선택된 적어도 1 종을 함유하고, 중합체 용액 중에 함유되는 염화수소 전량의 5 ∼ 55 몰% 를 상기 수산화칼슘 및/또는 수산화리튬으로 중화하는 메타형 방향족 폴리아미드 섬유의 제조방법.
제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 방사용액 중에, 상기 염화칼슘 및/또는 염화리튬이, 메타형 방향족 폴리아미드 중량에 대해 3 ∼ 25 중량% 의 함유량으로 함유되어 있는 메타형 방향족 폴리아미드 섬유의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 방사용액 중의 메타형 방향족 폴리아미드의 농도가 12 ∼ 18 중량% 이며, 물의 함유량이 메타형 방향족 폴리아미드 중량에 대해 25 ∼ 70 중량% 인 메타형 방향족 폴리아미드 섬유의 제조방법.
제 1 항에 있어서, 상기 중합공정 (1) 에 있어서, 상기 유기극성용매가 N-메틸-2-피롤리돈, N,N-디메틸아세트아미드, N,N-디메틸포름아미드, 디메틸술폭시드, N-메틸카프로락탐, N,N,N',N'-테트라메틸요소에서 선택되는 적어도 1 종을 함유하는 메타형 방향족 폴리아미드 섬유의 제조방법.