KR20100082245A - 폐도프 재용해장치 및 이를 이용하여 제조한 파라계 방향족폴리아미드 섬유 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐도프를 눌러 주기 위한 압력판과 상기 압력판을 상하로 이동시키기 위한 이동수단과 상기 압력판 하부에 설치되어 상기 폐도프를 재용해시키기 위한 열판 및 상기 열판을 가열하기 위한 가열수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 파라계 방향족 폴리아미드 섬유 제조용 폐도프 재용해장치와 상기 폐도프 재용해장치를 이용하여 제조된 파라계 방향족 폴리아미드 섬유에 관한 것으로서,

본 발명에 따르면, 생산공정 중에 발생하는 폐도프를 재활용할 수 있어 재처리에 따른 환경오염을 방지하고, 재처리 비용을 절감할 수 있으며, 생산단가를 낮출 수 있다.

아라미드, 폐도프, 재용해

Description

폐도프 재용해장치 및 이를 이용하여 제조한 파라계 방향족 폴리아미드 섬유{Apparatus of remelting waste dope and para-aromatic polyamide fiber}

본 발명은 폐도프 재용해장치 및 이를 이용하여 제조한 파라계 방향족 폴리아미드 섬유에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 파라계 방향족 폴리아미드 섬유 제조 공정 중에 발생하는 다량의 폐도프를 폐기처분하지 않고 재용해하여 파라계 방향족 폴리아미드 섬유를 제조하는데 사용함으로써 환경오염을 줄이고 생산단가를 줄일 수 있는 폐도프 재용해장치 및 상기 폐도프 재용해장치를 이용하여 제조한 파라계 방향족 폴리아미드 섬유에 관한 것이다.

일반적으로, 아라미드 섬유로 통칭되는 전방향족 폴리아미드 섬유는, 벤젠 고리들이 아미드기(CONH)를 통해 직선적으로 연결된 구조를 갖는 파라계 방향족 폴리아미드 섬유와 그렇지 않은 메타계 파라계 방향족 폴리아미드 섬유를 포함한다. 파라계 방향족 폴리아미드 섬유는 고강도, 고탄성, 저수축 등의 우수한 특성을 가지고 있는데, 5mm 정도 굵기의 가느다란 실로 2톤의 자동차를 들어올릴 정도의 막강한 강도를 가지고 있어 방탄 용도로 사용될 뿐만 아니라, 우주항공 분야의 첨단 산업에서 다양한 용도로 사용되고 있다. 또한, 파라계 방향족 폴리아미드 섬유는 500℃이상에서 검게 탄화하므로 고내열성이 요구되는 분야에서도 각광을 받고 있다.

파라계 방향족 폴리아미드 섬유는 방향족 디아민과 방향족 디에시드 할라이드를 N-메틸-2-피롤리돈을 포함하는 중합용매 중에서 중합시킴으로써 전방향족 폴리아미드 중합체를 제조하는 공정, 이 중합체를 농황산 용매에 용해시켜 방사도프를 제조하는 공정, 상기 방사도프를 방사구금을 통해 방사한 후 방사물을 비응고성 유체 및 응고조를 순차적으로 거치도록 함으로써 필라멘트를 제조하는 공정, 및 상기 필라멘트를 수세, 건조 및 열처리하는 공정을 거쳐 제조된다.

파라계 방향족 폴리아미드 섬유를 제조하기 위해서 상기와 같은 공정을 실시하는 경우 방사공정시 다량의 폐도프(waste dope)가 발생하게 되는데, 상기 폐도프는 덩어리(lump) 상태로 되어 있고 황산을 포함하고 있기 때문에 유독 산업용 폐기물로 분류되어 엄격한 규정에 따라 정화처리하여야 한다.

그러나, 상기 폐도프를 정화처리하기 위해서는 폐도프에 남아 있는 과량의 황산 등을 수산화 나트륨 등의 염기성 물질을 이용하여 중화시킨 후 이를 미생물 등을 이용하여 분해하게 된다. 이 경우 중화공정시 다량의 약품 처리로 인해 환경오염이 발생하고, 상기 아라미드 폐도프는 높은 결정성 등으로 인해 분해하기가 용이하지 않기 때문에, 상기 폐도프를 처리하는 데 많은 비용이 소요된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 파라계 방향족 폴리아미드 섬유 제조 공정 중에 발생하는 다량의 폐도프를 재활용하기 위한 폐도프 재용해장치 및 이를 이용하여 제조된 파라계 방향족 폴리아미드 섬유를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 폐도프를 눌러 주기 위한 압력판과 상기 압력판을 상하로 이동시키기 위한 이동수단과 상기 압력판 하부에 설치되어 상기 폐도프를 재용해시키기 위한 열판 및 상기 열판을 가열하기 위한 가열수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 파라계 방향족 폴리아미드 섬유 제조용 폐도프 재용해장치를 제공하게 된다.

이때, 상기 재용해장치의 압력판과 열판 사이에 설치되어 있고 상기 폐도프를 상기 재용해장치 내부로 공급하기 위한 투입구가 더 포함되어 이루어질 수 있고, 상기 이동수단은 직선운동이 가능한 실린더에 의해 구동될 수 있고, 상기 가열수단은 전원의 공급에 의해 열을 방출하여 가열하는 히터를 이용할 수 있다.

또한, 상기 압력판은 하부면에 요철이 형성되어 있을 수 있고, 상기 폐도프의일 단면은 최대 직경이 200㎜이고 최소 직경이 50㎜인 덩어리 형상을 하고 있는 것이 바람직하며, 상기 열판의 상부면은 요철이 형성되어 있고 오목한 형상을 하고 있을 수 있으며, 상기 열판의 상부면에는 외주에서 중심 방향으로 가공된 다수개의 홈이 형성될 수 있고, 상기 열판의 중심부에는 이동통로가 있어 모여진 재용해 도프를 방사장치로 이동시킬 수 있다.

더불어, 상기 압력판의 압력은 10~50㎏f/㎠이고, 열판의 온도는 120~180℃인 것이 바람직하다.

본 발명은 상기 재용해 도프를 방사하여 얻어지는 인장강도가 18~27g/d인 파라계 방향족 폴리아미드 섬유와, 상기 재용해 도프와 정상적인 중합공정에 의해 제조된 도프를 혼합한 혼합도프를 방사하여 얻어지는 인장강도가 19~28g/d인 파라계 방향족 폴리아미드 섬유를 제공한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 파라계 방향족 폴리아미드 섬유 제조 공정 중에 발생하는 다량의 폐도프를 폐기처분하지 않고 이를 재용해하여 파라계 방향족 폴리아미드 섬유 제조에 이용하기 때문에 환경오염을 줄이고 폐기처분하는 비용을 절감할 뿐만 아니라, 생산단가를 줄이는 효과를 얻을 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

본 발명의 파라계 방향족 폴리아미드 섬유를 제조하기 위해 우선 방향족 폴리아미드 중합체를 아래에서 기술되는 방법으로 제조한다.

유기용매에 무기염을 첨가하여 중합용매를 제조한다. 상기 유기용매로는 아미드계 유기용매, 우레아계 유기용매, 또는 이들의 혼합 유기용매를 이용할 수 있 으며, 그 구체적인 예로는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP), N, N‘-디메틸아세트아미드(DMAc), 헥사메틸포스포아미드(HMPA), N, N, N', N'-테트라메틸 우레아(TMU), N, N-디메틸포름아미드(DMF) 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다.

상기 무기염은 방향족 폴리아미드의 중합도를 증가시키기 위하여 첨가하는 것으로서, 그 구체적인 예로는 CaCl2, LiCl, NaCl, KCl, LiBr 및 KBr 등과 같은 할로겐화 알칼리 금속염 또는 할로겐화 알칼리 토금속염을 들 수 있으며, 이들 무기염은 단독으로 또는 2종 이상의 혼합물의 형태로 첨가될 수 있다. 상기 무기염의 첨가양이 증가할수록 방향족 폴리아미드의 중합도는 증가되지만 상기 무기염이 과량으로 첨가되면 미처 용해되지 않는 무기염이 존재할 수 있기 때문에, 상기 무기염은 중합용매 전체량에 대해 10 중량% 이하의 범위인 것이 바람직하다. 상기 무기염은 유기용매에 대한 용해도가 좋지 않기 때문에 물을 첨가하여 무기염을 완전히 용해시키고, 그 후에 탈수공정을 통해 물을 제거함으로써 최종적인 중합용매를 제조할 수 있다.

다음, 상기 제조된 중합용매에 방향족 디아민을 용해시켜 혼합용액을 제조한다. 방향족 디아민의 구체적인 예는 파라-페닐렌디아민, 4,4'-디아미노비페닐, 2,6-나프탈렌디아민, 1,5-나프탈렌디아민 또는 4,4'-디아미노벤즈아닐라이드를 들 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

이어서, 상기 혼합용액을 교반하면서 상기 혼합용액에 방향족 디에시드 할라이드를 소정량 첨가하여 예비중합시킨다. 방향족 디에시드 할라이드의 구체적인 예로는 테레프탈로일 디클로라이드, 4,4'-벤조일 디클로라이드, 2,6-나프탈렌디카복 실산 디클로라이드 또는 1,5-나프탈렌디카복실산 디클로라이드를 들 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

방향족 디아민과 방향족 디에시드 할라이드의 중합은 발열과 함께 빠른 속도로 반응이 진행하게 되는데, 이와 같이 중합속도가 빠르게 되면 최종적으로 얻어지는 중합체들 사이에서 중합도 차이가 커지는 문제가 발생한다. 보다 구체적으로 설명하면, 중합반응은 혼합용액 전체에서 동시에 진행하는 것이 아니기 때문에, 먼저 중합반응이 시작된 중합체는 빠르게 중합반응을 진행하여 긴 분자사슬을 형성하는 반면, 나중에 중합반응이 시작된 중합체는 먼저 중합반응이 시작된 중합체보다 짧은 분자사슬을 형성할 수밖에 없게 되고, 중합속도가 빠르게 되면 그 차이가 훨씬 커지게 된다. 이와 같이, 최종적으로 얻어지는 중합체들 사이에 중합도 차이가 커지게 되면 물성 편차 또한 커지게 되어 원하는 특성구현이 어렵게 된다. 따라서, 예비중합공정을 통해 일단 소정 길이의 분자사슬을 갖는 예비중합체를 미리 형성하고, 그 후에 중합공정을 수행함으로써 최종적으로 얻어지는 중합체들 사이의 중합도 차이를 최소화하는 것이 바람직하다.

예비중합공정을 완료한 후, 0 ~ 10℃ 상태로 온도를 낮추고 상기 예비 중합체에 방향족 디에시드 할라이드를 추가로 첨가하여 최종 중합체를 제조한다.

방향족 폴리아미드 중합체 제조시 방향족 디에시드 할라이드는 방향족 디아민과 1:1 몰비로 반응을 하기 때문에, 최종 중합시 첨가되는 방향족 디에시드 할라이드의 양은 예비중합시 첨가되는 양과 더해질 경우 상기 방향족 디아민과 동일한 몰(mole)이 되도록 결정된다. 다만, 중합용매를 제조할 때 무기염의 용해를 돕기위 해 첨가한 물이 탈수 공정을 거친 후에도 소량 잔존할 수 있는데, 이 경우 소량의 물이 방향족 디에시드 할라이드와 반응하여 불용성 물질을 형성할 수도 있다. 따라서, 이와 같은 불용성 물질이 형성될 것을 감안하여 방향족 디에시드 할라이드를 방향족 디아민 보다 소량 더 첨가할 수 있다.

중합공정에 의해 얻어지는 방향족 폴리아미드 중합체의 구체적인 예는, 폴리(파라페닐렌테레프탈-아미드: PPD-T), 폴리(4,4'-벤즈아닐라이드 테레프탈아미드), 폴리(파라페닐렌-4,4'-비페닐렌-디카복실산 아미드) 또는 폴리(파라페닐렌-2,6-나프탈렌디카복실산 아미드)를 들 수 있다.

이어서, 중합반응 중에 생성된 산을 알칼리 화합물을 이용하여 중화시킨다.

중합반응을 거쳐 얻어진 방향족 폴리아미드 중합체는 빵가루 형태로 존재하기 때문에 상기 방향족 폴리아미드 용액의 유동성이 좋지 못하다. 따라서, 그 유동성 향상을 위해서 상기 방향족 폴리아미드 용액에 물을 첨가하여 슬러리로 만든 상태에서 이후 공정을 진행하는 것이 바람직하다. 한편, 방향족 폴리아미드 중합체 슬러리를 만들 때 알칼리 화합물을 용해시킨 물을 사용함으로써 상기 중화공정을 동시에 진행할 수도 있다.

상기 무기 알칼리 화합물는 NaOH, Li2CO3, CaCO3, LiH, CaH2, LiOH, Ca(OH)2, Li2O 또는 CaO의 알칼리 금속, 알칼리 토금속의 탄산염, 알칼리 토금속의 수소화물, 알칼리 토금속의 수산화물, 또는 알칼리 토금속의 산화물로 이루어지는 군에서 선택된다.

염산을 다량 포함하고 있는 강산 상태의 방향족 폴리아미드 용액에 무기 알 칼리 화합물을 첨가하면 염산과 신속히 반응하여 중화가 빠르게 진행하지만, 일단 중화가 상당히 진행되어 pH가 7에 접근하면 무기 알칼리 화합물과 염산과의 반응속도가 급격히 감소하여 무기 알칼리 화합물이 미반응 상태로 중화용액에 남게 되며, 이로 인해 중화 완료 후 불용성 무기 알칼리 화합물을 필터로 여과해야 하는 문제가 발생한다. 따라서, 방향족 폴리아미드 용액 중에 불용성 이물의 생성을 방지하기 위해서, 중화 공정을 여러 번에 나누어 수행할 수 있다.

이어서, 중화공정에 의해 산이 제거된 방향족 폴리아미드 중합체를 분쇄한다.

후술하는 추출 공정시 중합체의 입자크기가 너무 크면 중합용매 추출공정에 많은 시간이 소요되며 중합용매 추출효율이 저하되기 때문에, 추출공정 전에 중합체의 입자크기를 작게 하기 위해서 분쇄공정을 수행하는 것이다.

이어서, 분쇄된 방향족 폴리아미드 중합체로부터 중합용매를 추출한다. 중합에 의해 얻어진 방향족 폴리아미드 중합체 내에는 중합 공정을 위해 사용한 중합용매가 함유되어 있기 때문에, 이와 같은 중합용매를 중합체로부터 추출해야 하며, 추출된 중합용매는 중합공정에 재사용할 수 있다. 이와 같은 추출공정은 물을 이용하여 수행하는 것이 가장 효과적이고 경제적이다. 추출공정은 배출구가 구비된 욕조에 필터를 설치하고 상기 필터 위에 크럼 형태의 중합체를 위치시킨 후 물을 부어, 중합체 내에 함유된 중합용매를 물과 함께 상기 배출구로 배출시키는 공정으로 이루어질 수 있다.

다음, 추출공정 후 잔류하는 물을 탈수하고, 그 후 건조 공정을 거쳐 방향족 폴리아미드 중합체 제조를 완성한다. 그 후, 방사공정을 위해서 크기별로 방향족 폴리아미드 중합체를 분류하는 분급공정을 수행할 수 있다.

위와 같이 제조된 방향족 폴리아미드 중합체를 97 내지 100%의 농도를 갖는 농황산 용매에 용해시켜 방사 도프(spinning dope)를 제조한다. 상기 농황산 대신에 클로로 황산이나 플루오로황산 등도 사용될 수 있다.

상기 방사도프 내의 중합체 농도는 10 내지 25 중량%인 것이 섬유 물성에 바람직하다. 폴리아미드 중합체 농도가 증가할수록 방사도프의 점도도 역시 증가하지만 임계 농도(critical concentration point)를 넘어서면 방사도프의 점도가 급격하게 감소하게 되는데, 이때 방사도프는 고체상(solid phase)을 형성하지 않으면서 광학적 등방성(optically isotropic)에서 광학적 이방성(optically anisotropic)으로 변화한다. 이방성 방사도프는 구조적 및 기능적 특성으로 인해 별도의 연신(drawing) 공정 없이 고강도 파라계 방향족 폴리아미드 섬유의 제조할 수 있기 때문에, 방사도프 내의 폴리아미드 중합체 농도는 상기 임계 농도를 초과하는 것이 바람직하지만, 그 농도가 지나치게 클 경우 방사도프의 점도가 지나치게 낮아지는 문제점이 발생한다.

도 3에 나타낸 바와 같이 방사도프를 방사구금(100)(spinneret)을 이용하여 방사(spinning)한 후 에어 갭(air gap)을 거쳐 응고조(200)(coagulation bath) 내에서 응고시킴으로써 필라멘트(filament)를 형성한다.

이어서, 얻어진 필라멘트에 잔존하는 황산을 제거하기 위해서 필라멘트에 잔존하는 황산은 물, 또는 물과 알칼리 용액의 혼합용액을 이용한 수세조(300,400)을 통해 제거될 수 있다.

이어서, 필라멘트에 잔류하는 수분을 제거하기 위한 건조 롤 등을 이용하여 건조공정이 건조부(500,600)에서 수행된 후 건조가 완료된 필라멘트를 와인더(700)로 감는다.

이와 같은 공정을 실시하여 파라계 방향족 폴리아미드 섬유를 제조하는 경우 상기 방사공정에서는 다량의 폐도프가 발생할 수밖에 없다. 이러한 폐도프(waste dope)는 황산을 포함하고 있는 유동성이 거의 없는 덩어리(lump) 형태로 존재하게 된다. 이러한 폐도프는 종래에는 수산화 나트륨 등을 이용하여 중화하고, 미생물 등을 이용하여 분해하는 공정을 통해 정화처리하여 왔다.

그러나, 이와 같이 폐도프를 정화처리하는 경우 환경오염을 가중시키고, 많은 처리비용이 소요되게 된다.

이에 따라, 본 발명은 상기 폐도프를 폐기처분하지 않고, 이를 재용해장치를 이용하여 재용해시켜 다시 방사하여 일정한 물성을 갖는 파라계 방향족 폴리아미드 섬유를 제공하여, 산업폐기물을 재활용하게 된다. 다만 우수한 인장강도 등의 물성을 얻기 위해서는 상기 재용해 도프와 상술한 바와 같이 정상적으로 제조된 도프를 혼합하여 얻어진 혼합도프를 방사하여 필라멘트를 제조하는 것이 보다 바람직할 수 있다.

다음, 도 1을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명은 덩어리 상태의 폐도프를 투입구(20)를 통해 재용해장치 내부에 공급하게 된다. 폐도프가 공급되면 이동수단과 연결되어 있는 압력판(15)이 하부로 내려오게 되어 상기 폐도프를 눌러 주게 되고, 압력판(15) 하부에 설치되어 있고 가열수단에 의해 가열되는 열판(25)에 의해 상기 덩어리 상태의 폐도프는 점차 재용해하게 된다. 보다 표면적 넓게 하여 용이하게 상기 덩어리 상태의 폐도프를 재용해 시키려면 상기 압력판(15)의 하부면 및 상기 열판(25)의 상부면이 요철 형상을 갖는 것이 바람직하다.

특히 상기 열판(25)의 상부면은 오목 형상을 갖거나, 외주에서 중심 방향으로 가공된 다수개의 홈(30)을 갖는 경우, 재용해된 도프를 원활하게 모을 수 있고, 상기 홈(30)과 연통되어 있는 이동통로(40)를 통해 모아진 상기 재용해 도프를 다음 공정으로 이동시키게 된다.

다음으로 상기 열판(25)에 의해 덩어리 형태의 폐도프가 모두 재용해되면 상기 압력판(15)은 이동수단에 의해 상부로 이동하게 되고, 이후 상술한 상기의 공정이 반복해서 실시하게 된다.

상기 압력판(15)은 상부에 설치된 실린더(10) 등의 이동수단에 의해 폐도프에 압력을 부여한다. 상기 압력은 10~50㎏f/㎠이 바람직한데, 만일 압력이 10㎏f/㎠ 이하인 경우 덩어리 형태의 폐도프를 밀어주지 못하므로 원활하게 열판(25)과 접촉할 수 없게 되어 폐도프를 재용해시키는데 많은 시간이 소요되고 이에 따라 생산효율이 떨어지게 되고, 압력이 50㎏f/㎠ 이상인 경우 상기 폐도프와 열판(25)과의 접촉 효과는 미비한 반면에 에너지만 많이 소비하게 되므로 바람직하지 않다.

상기 열판(25)의 온도는 120~180℃가 바람직한데, 만일 온도가 120℃이하인 경우 폐도프의 재용해가 원활하게 진행하지 않아 생산효율이 떨어지고, 온도가 180 ℃이상인 경우 폐도프의 재용해를 완결하는 시간은 단축되지만 아라미드 중합체의 분자량이 급격히 저하되어 인장강도 등의 물성이 취약하게 되므로 바람직하지 않다.

상기 이동수단은 실린더(10)뿐만 아니라 모터 등이 사용될 수 있고, 통상적으로 상하 이동이 가능한 구동장치를 포함하면 충분하며, 본 발명이 속하는 기술분야에 종사하는 통상의 당업자라면 용이하게 구현할 수 있는 정도의 것이면 충분함으로 이에 대한 상세한 설명은 생략하고자 한다.

또한, 상기 가열수단은 다양한 구성이 가능하며, 일례로서 전원의 공급에 의해 열을 방출하여 가열하는 히터(35)를 이용하도록 할 수 있고, 본 발명이 속하는 기술분야에 종사하는 통상의 당업자라면 용이하게 구현할 수 있는 정도의 것이면 충분함으로 이에 대한 상세한 설명은 생략하고자 한다.

상기 덩어리 형태의 폐도프의 일 단면은 최대 직경이 200㎜이고 최소 직경이 50㎜인 것이 바람직한데, 만일 직경이 50㎜이하인 경우 폐도프가 급격히 재용해되어 중합체의 분자량 저하가 크게 되고, 직경이 200㎜이상인 경우 폐도프가 재용해되는데 많은 시간이 소요되므로 생산효율이 떨어지고 직경이 작은 폐도프의 분자량 저하가 크게 일어나므로 바람직하지 않다. 상기 크기의 폐도프를 얻기 위한 한 방법으로는 적절한 크기를 갖는 메쉬를 사용하여 폐도프 덩어리를 크기별로 분류하여 사용할 수 있다.

상기 재용해된 도프는 통상의 공정을 거쳐 파라계 방향족 폴리아미드 섬유를 제조하게 되는데, 재용해된 도프는 탈포기에 의해 도프 내부에 존재하는 기포를 제 거하고 방사장치에 이동시켜 방사하게 된다. 상기와 같은 공정으로 제조된 파라계 방향족 폴리아미드 섬유는 인장강도가 18~27g/d를 가지게 되는데, 재용해하는 공정 중에 중합도가 저하될 수 있으므로 인장강도는 다소 떨어질 수 있다. 그러므로 상기 중합도 저하를 최대한 방지하기 위해 상술한 바와 같이 용해온도, 압력 등을 적절히 조절해야 한다.

한편, 높은 인장강도를 갖는 파라계 방향족 폴리아미드 섬유를 제조하려 한다면, 재용해 도프를 100% 사용하여 방사하지 않고 상술한 정상적인 공정을 통해 제조된 도프와 재용해된 도프를 혼합하여 사용하는 것이 바람직 한데, 상기의 혼합된 도프를 사용하는 경우 파라계 방향족 폴리아미드 섬유의 인장강도는 19~28g/d를 가지게 된다.

더불어 상기 재용해 도프와 정상적으로 제조된 도프를 혼합하는 공정은 탈포공정이전, 탈포공정시, 또는 방사공정이전 등 적절한 공정에서 수행할 수 있다.

이하, 실시예 및 비교예들을 통해 본 발명을 구체적으로 설명한다.

실시예 1

N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 CaCl₂을 첨가하여 중합용매를 제조한 후, 파라-페닐렌디아민을 상기 중합용매에 용해시켜 혼합용액을 제조하였다.

그 후, 상기 혼합용액을 교반하면서, 상기 혼합용액에 상기 파라-페닐렌디아민과 동일한 몰의 테레프탈로일 디클로라이드를 두 번에 나누어 첨가하여 폴리(파라페닐렌테레프탈아미드) 중합체를 생성시켰다.

그 후, 상기 중합체를 포함한 중합용액에 물과 NaOH를 첨가하여 산을 중화시켰다. 그 후, 중합체를 분쇄한 후, 물을 이용하여 방향족 폴리아미드 중합체에 함유된 중합용매를 추출하고, 탈수 및 건조 공정을 통해 최종적으로 방향족 폴리아미드 중합체를 얻었다.

방향족 폴리아미드 중합체를 100%의 황산용매에 용해시켜 방사도프를 제조하고, 상기 방사도프를 방사구금(100)을 이용하여 방사하게 되는데, 이때 방사공정 중 발생되는 50~200㎜ 크기를 갖는 폐도프를 폐도프 재용해장치(70)의 투입구(20)를 통해 폐도프 재용해장치(70) 내부로 공급하고, 실린더(10)를 작동하여 압력판(15)을 하강시키고 상기 압력판(15)의 압력이 30㎏f/㎠되도록 실린더(10)를 작동시키며, 히터(35)를 이용하여 열판(25)의 온도는 130℃도로 유지하였다. 폐도프가 완전히 재용해되면, 상기 재용해 도프를 탈포기로 보내어 기포를 제거하고, 상기 재용해 도프를 방사구금(100)을 이용하여 방사한 후 에어 갭을 거쳐 응고조(200) 내에서 응고시킴으로써 필라멘트를 제조하고, 상기 필라멘트를 수세 및 건조한 후 와인더(700)로 권취함으로써 파라계 방향족 폴리아미드 섬유를 얻었다.

실시예 2

상기 압력판(15)의 압력을 40㎏f/㎠로 유지하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 파라계 방향족 폴리아미드 섬유를 제조하였다.

실시예 3 내지 4

상기 열판(25)의 온도를 140, 160℃도로 유지하는 것을 제외하고는 실시예 1 과 동일한 방법으로 파라계 방향족 폴리아미드 섬유를 각각 제조하였다.

실시예 5

상기 재용해한 도프와 상기 정상적으로 제조된 중합체를 황산에 녹인 도프를 30:70 중량%로 혼합한 후 상기 혼합 도프를 방사하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 파라계 방향족 폴리아미드 섬유를 각각 제조하였다.

비교예 1 내지 2

상기 폐도프의 덩어리의 크기가 50~200, 50~500㎜인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 파라계 방향족 폴리아미드 섬유를 각각 제조하였다.

비교예 3 내지 4

상기 압력판(15)의 압력을 5, 70㎏f/㎠로 유지하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 파라계 방향족 폴리아미드 섬유를 각각 제조하였다.

비교예 5 내지 6

상기 열판(25)의 온도를 90, 190℃도로 유지하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 파라계 방향족 폴리아미드 섬유를 각각 제조하였다.

위 실시예들 및 비교예들에 의해 얻어진 파라계 방향족 폴리아미드 섬유의 인장강도를 다음의 방법으로 측정하여 아래의 표 1에 나타난 결과를 얻었고, 덩어리 형태의 폐도프에 대한 일 단면의 최대 직경과 최소 직경을 측정하는 방법도 다음에 나타내었다.

파라계 방향족 폴리아미드 섬유의 강도 측정

인스트론 시험기(Instron Engineering Corp, Canton, Mass)에서 길이가 25cm인 샘플이 파단될 때의 강력(g)을 측정한 후 이를 샘플의 데니어(denier)로 나눔으로써 샘플의 강도를 구하였다. 이때, 인장속도는 300mm/분으로 하였고, 초하중은 섬도 × 1/30g으로 하였다. 파라계 방향족 폴리아미드 섬유의 강도는 5개의 샘플을 테스트 한 후 그 평균값으로 구하였다.

폐도프에 대한 일 단면의 최대 직경과 최소 직경의 측정

이미지분석기(Image-Pro Plus의 소프트웨어에 JVC Digital Camera KY-F70B를 사용)를 이용하여 덩어리 형태의 폐도프를 다양한 각도에서 측정하고 각 측정된 이미지는 자동으로 최대 직경과 최소 직경이 계산되어 산출된다. 상기 각 산술치에서 가장 낮은 수치를 최소 직경으로 하고 가장 높은 수치를 최대 직경으로 결정하였다.

구분	도프혼합비 (재용해:정상)	직경 (㎜)	압력판 (㎏f/㎠)	열판(℃)	재용해시간 (분)	인장강도 (g/d)
실시예1	100:0	50~200	30	130	20	20
실시예2	100:0	50~200	40	130	20	20
실시예3	100:0	50~200	30	140	18	18
실시예4	100:0	50~200	30	160	16	17
실시예5	30:70	50~200	30	130	20	21
비교예1	100:0	50~200	30	130	20	15
비교예2	100:0	50~500	30	130	20	17
비교예3	100:0	50~200	5	130	23	16
비교예4	100:0	50~200	70	130	23	20
비교예5	100:0	50~200	30	90	40	19
비교예6	100:0	50~200	30	190	11	14

위 표 1에 나타난 바와 같이, 덩어리 형태의 폐도프는 최소 직경 및 최대 직경이 50~200㎜ 범위의 것을 사용할 경우 중합체가 급격히 분해되기 전에 재용해가 완료되므로 인장강도가 크게 저하되지 않는다. 반면 최소 직경이 작은 폐도프 즉 작은 크기의 폐도프가 혼재되어 있는 경우 열판(25)과의 접촉시간이 길어지므로 중합체의 분자량이 급격히 저하되고 이에 따라 인장강도가 급격히 떨어지게 된다. 또한, 최대 직경이 큰 폐도프 즉 크기가 큰 폐도프가 혼재되어 있는 경우 상기 폐도프를 재용해 완료하는데 시간이 많이 걸리므로 이미 용해된 도프의 분자량이 점차 저하됨에 따라 인장강도도 점차 떨어지게 된다.

그리고 압력판(15)이 폐도프를 누르는 압력이 지나치게 낮은 경우 폐도프를 열판(25)에 최대한 접촉시킬 수 없으므로 재용해 완료시간이 길어지게 되어 인장강도는 떨어지게 되고, 압력을 지나치게 높게 설정하는 하는 경우에는 재용해 완료시간에 있어 효과가 미비하였다.

또한, 열판(25)의 온도가 지나치게 낮은 경우 중합체의 유동성이 작으므로 재용해 완료시간이 과도하게 증가되고, 온도가 너무 높은 경우 중합체의 분자량이 급격히 저하되므로 인장강도도 크게 떨어지게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐도프 재용해장치를 도시한 개략도이다.

도 2는 도 1의 폐도프 재용해장치의 열판을 개략하여 도시한 평면도와 단면도이다.

도 3은 방사도프를 필라멘트로 제조하기 위한 방사장치를 도시한 개략도이다.

<도면의 부호에 대한 간략한 설명>

10:실린더 15:압력판

20:투입구 25:열판

30:홈 35:히터

40:이동통로 70:폐도프 재용해장치

100:방사구금 200:응고조

300:수세조 500:건조부

600:와인더

Claims (12)

1. 폐도프를 눌러 주기 위한 압력판과;

   상기 압력판을 상하로 이동시키기 위한 이동수단과;

   상기 압력판 하부에 설치되어 상기 폐도프를 재용해시키기 위한 열판; 및

   상기 열판을 가열하기 위한 가열수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 파라계 방향족 폴리아미드 섬유 제조용 폐도프 재용해장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 재용해장치의 압력판과 열판 사이의 내부에 설치되어 있고 상기 폐도프를 상기 재용해장치 내부에 공급하기 위한 투입구를 더 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 파라계 방향족 폴리아미드 섬유 제조용 폐도프 재용해장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 압력판은 하부면에 요철이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 파라계 방향족 폴리아미드 섬유 제조용 폐도프 재용해장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 폐도프의 일 단면은 최대 직경이 200㎜이고 최소 직경이 50㎜인 덩어리 형상을 하고 있는 것을 특징으로 하는 파라계 방향족 폴리아미드 섬유 제조용 폐도 프 재용해장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 열판의 상부면은 요철이 형성되어 있고 오목한 형상을 하고 있는 것을 특징으로 하는 파라계 방향족 폴리아미드 섬유 제조용 폐도프 재용해장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 열판의 상부면에는 외주에서 중심 방향으로 가공된 다수개의 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 파라계 방향족 폴리아미드 섬유 제조용 폐도프 재용해장치.
7. 제1항에 있어서,

   상기 열판의 중심부에는 모여진 재용해 도프를 방사장치로 이동시키기 위한 이동통로가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 파라계 방향족 폴리아미드 섬유 제조용 폐도프 재용해장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 압력판의 압력은 10~50㎏f/㎠이고, 열판의 온도는 120~180℃인 것을 특징으로 하는 파라계 방향족 폴리아미드 섬유 제조용 폐도프 재용해장치.
9. 제1항에 있어서,

   상기 이동수단은, 상하운동이 가능하도록 실린더에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 파라계 방향족 폴리아미드 섬유 제조용 폐도프 재용해장치.
10. 제1항에 있어서,

    상기 가열수단은, 전원의 공급에 의해 열을 방출하여 가열하는 히터를 이용하는 것을 특징으로 하는 파라계 방향족 폴리아미드 섬유 제조용 폐도프 재용해장치.
11. 제1항 내지 제10항의 폐도프 재용해장치에 의해 제조된 재용해 도프를 방사하여 얻어지는 인장강도가 18~27g/d인 것을 특징으로 하는 파라계 방향족 폴리아미드 섬유.
12. 제1항 내지 제10항의 폐도프 재용해장치에 의해 제조된 재용해 도프와 정상적인 중합공정에 의해 제조된 도프를 혼합한 혼합도프를 방사하여 얻어지는 인장강도가 19~28g/d인 것을 특징으로 하는 파라계 방향족 폴리아미드 섬유.

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