KR20100111866A - Method for manufacturing aramid pulp - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 아라미드 펄프의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는, 고탄성율(HM, High Modulus) 파라계 아라미드 섬유를 이용하여 원하는 물성을 만족하는 아라미드 펄프를 제조함으로써, 사용하고 남은 또는 제조되는 과정에서 버려진 HM 아라미드 섬유의 재활용을 가능하게 하는 아라미드 펄프의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing aramid pulp, more specifically, by using a high modulus (HM, paramodal aramid fibers) to prepare aramid pulp that satisfies the desired physical properties, the process remaining or manufactured The present invention relates to a method for producing aramid pulp that enables the recycling of abandoned HM aramid fibers.
섬유질 및 비섬유질 보강재는 마찰 제품, 밀봉 제품 및 기타 플라스틱 또는 고무 제품에서 다년간 사용되어 왔다. 이러한 보강재는 전형적으로 높은 내마모성 및 내열성을 나타내야 한다.Fibrous and nonfibrous reinforcements have been used for many years in friction products, seal products and other plastic or rubber products. Such reinforcements typically should exhibit high wear and heat resistance.
섬유질 보강재로서는 석면 섬유가 일반적으로 사용되어 왔으나 인체에 해로운 것으로 밝혀져 그 사용이 금지되고 있다. 따라서, 다양한 석면 섬유의 대체물이 제안되고 있고, 그 중에서 가장 주목 받는 것 중의 하나가 아라미드 섬유를 이용하여 제조된 아라미드 펄프이다. 아라미드 펄프는 다양한 물품의 보강재로 사용되는데, 예를 들면 브레이크 패드, 클러치, 가스켓 등의 보강재로 널리 사용되고 있다.Asbestos fibers have been generally used as fibrous reinforcing materials, but have been found to be harmful to humans, and their use is prohibited. Therefore, alternatives to various asbestos fibers have been proposed, and one of the most noticed among them is aramid pulp produced using aramid fibers. Aramid pulp is used as a reinforcement for various articles, for example, widely used as a reinforcement for brake pads, clutches, gaskets and the like.
일반적으로, 아라미드 섬유로 통칭되는 전방향족 폴리아미드 섬유는, 벤젠 고리들이 아미드기(-CONH)를 통해 직선적으로 연결된 구조를 갖는 파라계 아라미드 섬유와 그렇지 않은 메타계 아라미드 섬유를 포함한다. 파라계 아라미드 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, 아라미드 섬유는 500℃이상에서 검게 탄화하므로 고내열성이 요구되는 분야에서도 각광을 받고 있다.Generally, wholly aromatic polyamide fibers, collectively referred to as aramid fibers, include para-aramid fibers and meta-aramid fibers having a structure in which the benzene rings are connected linearly through an amide group (-CONH). Para-aramid fiber has excellent properties such as high strength, high elasticity, and low shrinkage. It is a thin thread of about 5mm thick and has a strong strength enough to lift 2 tons of cars. It is used in various industries in the high-tech industry. In addition, aramid fibers are carbonized at 500 ° C or higher, and thus are attracting attention in fields requiring high heat resistance.
아라미드 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 응고욕조를 순차적으로 거치도록 함으로써 필라멘트를 제조하는 공정, 및 상기 필라멘트를 수세, 및 건조하는 공정을 거쳐 제조된다.Aramid fiber is a process for producing a wholly aromatic polyamide polymer by polymerizing an aromatic diamine and an aromatic dieside halide in a polymerization solvent containing N-methyl-2-pyrrolidone, dissolving this polymer in a concentrated sulfuric acid solvent to prepare a spinning dope After the step of spinning through the spin dope through the spinneret to pass through the non-coagulant fluid and the coagulation bath sequentially to produce a filament, and the step of washing and drying the filament is produced.
업계에서 보통 사용되는 일반(ST, Standard) 파라계 아라미드 섬유는 약 650 내지 750 g/d의 모듈러스를 갖는다. 최근에는 780 내지 1100 g/d의 고탄성율을 갖는 HM 아라미드 섬유가 치수 안정성 측면에서 주목을 받고 있는데, HM 아라미드 섬유는 수세 후 건조된 아라미드 필라멘트를 일정 장력 하에서 열처리함으로써 제조될 수 있다.Standard para-aramid fibers commonly used in the industry have a modulus of about 650-750 g / d. Recently, HM aramid fibers having a high modulus of 780 to 1100 g / d have attracted attention in terms of dimensional stability. HM aramid fibers can be prepared by heat treatment of aramid filaments dried after washing under constant tension.
일반적으로, 아라미드 펄프는 ST 아라미드 섬유를 이용하여 제조되어 왔는데, 더욱 구체적으로는, ST 아라미드 단섬유(chopped fiber)를 두 개의 회전 디스 크 사이에서 수중에서 밀링하여 피브릴화 섬유를 형성한 다음 탈수함으로써 펄프를 제조하는 습식 피브릴화 방법, 또는 아라미드 섬유를 회전 커터와 스크린 사이에서 건식 밀링하여 펄프를 제조하는 건식 피브릴화 방법에 의해 제조된다.In general, aramid pulp has been prepared using ST aramid fibers, more specifically, ST aramid short fibers (chopped fibers) in water between two rotating disks to form fibrillated fibers and then dewatered By a wet fibrillation method for producing pulp or a dry fibrillation method for producing pulp by dry milling aramid fibers between a rotary cutter and a screen.
그러나, HM 아라미드 섬유를 이용하여 종래의 아라미드 펄프의 제조방법에 따라 펄프를 제조할 경우에는 최종 아라미드 펄프가 업계에서 요구하는 물성을 나타내지 못하였다. 따라서, 사용하고 남은 HM 아라미드 섬유 또는 제조되는 과정에서 버려지는 HM 아라미드 섬유의 경우 재활용 방법이 없어, 즉 펄프 제조 공정에 적용될 수 없어 그대로 버려지는 실정이었다.However, when the pulp is prepared according to the conventional method for producing aramid pulp using HM aramid fibers, the final aramid pulp did not exhibit the physical properties required by the industry. Accordingly, the remaining HM aramid fibers or the HM aramid fibers discarded in the process of being manufactured do not have a recycling method, that is, they cannot be applied to the pulp manufacturing process and are discarded as they are.
따라서, 본 발명은 위와 같은 관련 기술의 제한 및 단점들에 기인한 문제점들을 방지할 수 있는 아라미드 펄프의 제조방법에 관한 것이다.Accordingly, the present invention relates to a method for producing aramid pulp that can avoid the problems caused by the above limitations and disadvantages of the related art.
본 발명의 이점은 고탄성율(HM, High Modulus) 파라계 아라미드 섬유를 이용하여 원하는 물성을 만족하는 아라미드 펄프를 제조함으로써, 사용하고 남은 또는 제조되는 과정에서 버려진 HM 아라미드 섬유의 재활용을 가능하게 하는 아라미드 펄프의 제조방법을 제공하는 것이다.An advantage of the present invention is the use of high modulus (HM) para-aramid fibers to produce aramid pulp that satisfies the desired physical properties, thereby enabling the recycling of ammonia fibers that are left in use or discarded in the process of being produced. It is to provide a method for producing pulp.
본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술될 것이고, 부분적으로는 그러한 기술로부터 자명할 것이다. 또는, 본 발명의 실시를 통해 본 발명의 또 다른 특징 및 이점들이 학습되어질 수 있을 것이다. 본 발명의 목적들 및 다른 이점들은 첨부된 도면은 물론이고 발명의 상세한 설명 및 특허청구범위에서 특정된 구조에 의해 실현되고 달성될 것이다.Further features and advantages of the invention will be described below, and in part will be apparent from such techniques. Alternatively, other features and advantages of the present invention may be learned from the practice of the present invention. Objects and other advantages of the invention will be realized and attained by the structure particularly pointed out in the written description and claims hereof as well as the appended drawings.
위와 같은 이점들을 달성하기 위하여, 그리고 본 발명의 목적에 따라, 780 내지 1100 g/d의 모듈러스를 갖는 HM 아라미드 섬유를 절단하여 HM 아라미드 단섬유를 만드는 단계; 상기 HM 아라미드 단섬유를 수세하는 단계; 상기 수세된 HM 아라미드 단섬유를 물에 분산시켜 슬러리를 제조하는 단계; 및 피브릴화 모노필라멘트를 생성하기 위하여 상기 슬러리를 고해(refining)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 아라미드 펄프의 제조방법이 제공된다.In order to achieve the above advantages, and in accordance with the object of the present invention, cutting the HM aramid fibers having a modulus of 780 to 1100 g / d to make HM aramid short fibers; Washing the HM aramid short fibers; Dispersing the washed HM aramid short fibers in water to prepare a slurry; And refining the slurry to produce a fibrillated monofilament.
위와 같은 일반적 서술 및 이하의 상세한 설명 모두는 본 발명을 예시하거나 설명하기 위한 것일 뿐으로서, 특허청구범위의 발명에 대한 더욱 자세한 설명을 제공하기 위한 것으로 이해되어야 한다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are intended to illustrate or explain the invention, and to provide a more detailed description of the invention in the claims.
본 발명의 아라미드 펄프의 제조방법에 의하면, 고탄성율의 HM 아라미드 섬유로는 원하는 물성을 갖는 펄프를 제조할 수 없다는 기존의 선입견을 깨고 고탄성율의 HM 아라미드 섬유를 이용하여 우수한 물성을 갖는 아라미드 펄프를 제조할 수 있다.According to the method for producing aramid pulp of the present invention, using the high elastic modulus HM aramid fibers to break the existing preconception that the high elastic modulus HM aramid fibers can not produce a pulp having the desired physical properties of the aramid pulp It can manufacture.
따라서, 아라미드 펄프를 제조하기 위하여 ST 아라미드 섬유만을 이용하였던 종래의 방법과는 달리, 본 발명에 의할 경우 고탄성율의 HM 아라미드 섬유를 이용하여 원하는 물성을 만족하는 아라미드 펄프를 제조할 수 있도록 함으로써 사용하고 남은 또는 제조되는 과정에서 버려진 HM 아라미드 섬유의 재활용을 가능하게 한다는 장점이 있다.Therefore, unlike the conventional method in which only ST aramid fibers are used to prepare aramid pulp, the present invention uses a high modulus HM aramid fiber to make aramid pulp that satisfies desired physical properties. It has the advantage of enabling the recycling of HM aramid fibers left over or discarded in the process of manufacture.
본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 다양한 변경 및 변형이 가능하다는 점은 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명은 특허청구범위에 기재된 발명 및 그 균등물의 범위 내에 드는 변경 및 변형을 모두 포함한다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the invention includes all modifications and variations that fall within the scope of the invention as set forth in the claims and their equivalents.
본 명세서에서 사용되는 '멀티필라멘트' 용어는 방사구금을 통해 방사된 방사 도프가 응고됨으로써 형성되는 모노필라멘트의 다발을 의미한다.As used herein, the term 'multifilament' refers to a bundle of monofilaments formed by the solidification of the spinning dope spun through the spinneret.
본 명세서에서 사용되는 '아라미드 섬유' 및 '아라미드 필라멘트' 용어는 아라미드 멀티필라멘트를 의미한다.As used herein, the terms 'aramid fiber' and 'aramid filament' refer to aramid multifilament.
본 명세서에서 사용되는 ‘ST 아라미드 섬유’는 650 내지 750 g/d의 모듈러스를 갖는 아라미드 섬유를 의미한다.'ST aramid fiber' as used herein refers to aramid fiber having a modulus of 650 to 750 g / d.
본 명세서에서 사용되는 ‘HM 아라미드 섬유’는 780 내지 1100 g/d의 모듈러스를 갖는 고탄성율 아라미드 섬유를 의미한다."HM aramid fiber" as used herein refers to a high modulus aramid fiber having a modulus of 780 to 1100 g / d.
본 명세서에서 사용되는 아라미드 섬유의 모듈러스는 KS K 0323, ISO5079의 섬유의 인장강도 및 신도 시험 방법에 의해 구해진 값이다.The modulus of aramid fibers used herein is a value obtained by the tensile strength and elongation test method of the fibers of KS K 0323, ISO5079.
이하에서는, 본 발명의 아라미드 펄프를 제조하는 방법의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings an embodiment of a method for producing aramid pulp of the present invention will be described in detail.
먼저, ST 아라미드 섬유를 도 1에 도시된 제조 시스템을 이용하여 하기의 방법으로 제조한다.First, ST aramid fibers are produced by the following method using the production system shown in FIG.
5.0 내지 7.0의 고유점도(inherent viscosity: I.V.)를 갖는 방향족 폴리아미드 중합체, 예를 들어 폴리(파라페닐렌테레프탈아미드: PPD-T)를 농황산 용매에 용해시킴으로써 제조된 방사 도프(spinning dope)를 방사구금(spinneret)(10)을 이용하여 방사(spinning)한 후 에어 갭(air gap)을 거쳐 응고조(coagulation bath)(20) 내에서 응고시킴으로써 멀티필라멘트(multifilament)를 형성한다.Spinning dope prepared by dissolving an aromatic polyamide polymer having an inherent viscosity (IV) of 5.0 to 7.0, for example, poly (paraphenylene terephthalamide: PPD-T) in a concentrated sulfuric acid solvent. After spinning using a
방사 도프로부터 황산이 빠져나가면서 형성되는 멀티필라멘트는 방사구금(10)에 형성된 홀의 개수와 동일한 수의 모노필라멘트들로 이루어진다. 상기 모노필라멘트들 각각은 그 길이방향에 대한 단면의 중심부에 위치하는 코어층(core layer)과 바깥 측에 위치한 스킨층(skin layer)으로 구성된다. The multifilament formed as the sulfuric acid escapes from the spinning dope is composed of the same number of monofilaments as the number of holes formed in the
이어서, 얻어진 멀티필라멘트에 잔존하는 황산을 제거한다. 방사 도프의 제조에 사용된 황산은 방사물이 응고조(20)를 통과하면서 대부분 제거되기는 하지만 완전히 제거되지 않고 잔존할 수 있다. 또한 방사물로부터 황산이 균일하게 빠져나오게 하기 위하여 응고조(20)의 응고액에 황산을 첨가할 경우, 얻어지는 멀티필라멘트에는 황산이 잔존할 확률이 높다. 멀티필라멘트에 잔존하는 황산은 그 양이 아무리 소량이라 할지라도 아라미드 섬유 특성에 악영향을 미칠 수 있기 때문에, 멀티필라멘트에 잔존하는 황산을 완전히 제거하는 것이 매우 중요하다. 멀티필라멘트에 잔존하는 황산은 물, 또는 물과 알칼리 용액의 혼합용액을 이용한 수세공정을 통해 제거될 수 있다. Next, sulfuric acid remaining in the obtained multifilament is removed. Sulfuric acid used in the manufacture of the spinning dope may remain but is not removed completely, although most of the emissions are removed as it passes through the
상기 수세 공정은 다단계로 수행할 수도 있는데, 예를 들면, 황산을 함유한 멀티필라멘트를 0.3 내지 1.3%의 가성 수용액(aqueous caustic solution)이 담긴 제1 수세조(30)에서 1차 수세하고, 이어서 0.01 내지 0.1%의 더 묽은 가성 수용액이 담긴 제2 수세조(40)에서 2차 수세를 한다. 상기 제1 및 제2 수세조(30, 40) 내에는 제1 및 제2 수세 롤(31, 41)이 각각 설치되어 있어 멀티필라멘트를 이동시킨다. The washing process may be carried out in a multi-step process, for example, first washing with multi-filament containing sulfuric acid in a
이어서, 멀티필라멘트에 잔류하는 수분을 제거하기 위한 건조공정이 건조부(50) 에서 수행된다. 건조공정은 건조부(50) 내의 건조 롤(drying roll)(51)에 필라멘트가 닿는 시간을 조절하거나, 상기 건조 롤(51)의 온도를 조절함으로써 필라멘트의 수분 함유량을 조절할 수 있다. 건조된 멀티필라멘트를 지관(60)에 의해 권취함으로써 ST 아라미드 섬유를 얻는다.Subsequently, a drying process for removing moisture remaining in the multifilament is performed in the
한편, HM 아라미드 섬유는 수세 후 건조된 아라미드 필라멘트를 일정 장력 하에서 열처리한다는 점을 제외하고는 ST 아라미드 섬유와 동일한 방법으로 제조될 수 있다.On the other hand, HM aramid fibers can be prepared in the same manner as ST aramid fibers, except that the aramid filaments dried after washing with heat under a certain tension.
위와 같이 제조된 ST 아라미드 섬유는 선밀도가 0.7 내지 3.0 데니어(denier)인 모노필라멘트들로 구성되고 200 내지 3,000 데니어의 전체 선밀도를 가지며 19 내지 28 g/d의 강도, 3 내지 3.5%의 절단신도 및 650 내지 750 g/d의 모듈러스를 갖는다. 이에 반해, HM 아라미드 섬유는 섬도가 0.7 내지 3.0 데니어(denier)인 모노필라멘트들로 구성되고 150 내지 3,000 데니어의 총섬도를 가지며 19 내지 28 g/d의 강도, 2.5 내지 3.5%의 절단신도 및 780 내지 1100 g/d의 모듈러스를 갖는다.ST aramid fiber prepared as above is composed of monofilaments having a linear density of 0.7 to 3.0 denier (denier), has a total linear density of 200 to 3,000 denier, strength of 19 to 28 g / d, elongation at break of 3 to 3.5% and Has a modulus of 650-750 g / d. In contrast, HM aramid fibers consist of monofilaments with a fineness of 0.7 to 3.0 denier and have a total fineness of 150 to 3,000 denier, strength of 19 to 28 g / d, elongation at break of 2.5 to 3.5% and 780 To modulus from 1100 g / d.
도 2는 본 발명의 아라미드 펄프의 제조 시스템을 개략적으로 나타낸다.2 schematically shows a system for producing aramid pulp of the present invention.
먼저, 지관(60)에 감겨있는 HM 아라미드 섬유를 로터리 커터(rotary cutter)(미도시)를 이용하여 절단함으로써 약 3 내지 10mm의 길이를 갖는 HM 아라미드 단섬유(1a)를 제조한다. HM 아라미드 단섬유(1a)의 길이는 로터리 커터의 블레이드(blade) 간격을 조절함으로써 조절될 수 있다.First, HM aramid short fibers 1a having a length of about 3 to 10 mm are manufactured by cutting the HM aramid fibers wound around the
선택적으로, 방사 과정에서 떨어져 나온 폐사(loose filament), 즉 지관(60)에 감겨있지 않은 HM 아라미드 섬유를 분쇄함으로써 HM 아라미드 단섬유(1a)를 제조할 수도 있다.Alternatively, the HM aramid short fibers 1a may be prepared by pulverizing the loose filament, that is, the HM aramid fibers not wound around the
본 발명에 의하면, 위와 같이 제조된 HM 아라미드 단섬유(1a)를 40 내지 70 ℃의 온도 하에서 순수로 수세한다. 이는 HM 아라미드 단섬유(1a)에 함유되어 있는 유제를 제거하기 위함이다. 유제를 제거하는 이유는 다음과 같다.According to the present invention, the HM aramid short fibers 1a prepared as above are washed with pure water under a temperature of 40 to 70 ° C. This is to remove the oil contained in the HM aramid short fibers (1a). The reason for removing the emulsion is as follows.
ST 아라미드 섬유와 달리 HM 아라미드 섬유는 열처리 공정을 거치게 되는데 이 과정에서 내열성 유제가 사용된다. 결국, 최종 HM 아라미드 섬유는 내열성 유제를 함유하게 된다. 이와 같은 내열성 유제의 존재로 인해 모노필라멘트들이 서로 응집되는 경향을 나타내게 되고 이는 결국 펄프의 여수도를 상승시키는 중요 원인이 됨을 본 발명자는 발견하였다. 따라서, 본 발명에 의하면, 이러한 유제의 제거를 위하여 HM 아라미드 단섬유(1a)를 40 내지 70℃의 온도 하에서 순수로 수세한다. 이와 같은 수세 공정은 HM 아라미드 단섬유(1a)의 유제 함량이 0.1 중량% 이하가 될 때까지 반복되는 것이 바람직하다.Unlike ST aramid fibers, HM aramid fibers are subjected to a heat treatment process, in which heat-resistant emulsions are used. Eventually, the final HM aramid fiber will contain a heat resistant emulsion. The present inventors have found that the presence of such heat resistant emulsions tends to agglomerate monofilaments with each other, which in turn is an important cause of increasing the freeness of the pulp. Therefore, according to the present invention, the HM aramid short fibers 1a are washed with pure water at a temperature of 40 to 70 ° C for removing such an oil agent. This washing process is preferably repeated until the emulsion content of the HM aramid short fibers 1a is 0.1% by weight or less.
상기 HM 아라미드 단섬유(1a)의 유제 함량을 측정하는 방법은 다음과 같다.Method for measuring the emulsion content of the HM aramid short fibers (1a) is as follows.
(1) 시편의 무게(W1) 측정(1) Measuring the weight of the specimen (W 1 )
(2) 105 ℃에서 2시간 건조(2) drying at 105 ° C. for 2 hours
(3) 데시게이터에서 30분간 방치 후 무게(W2) 측정(3) After leaving for 30 minutes in the desiccator, measure the weight (W 2 )
(4) 정련제로 10분간 처리(4) 10 minutes treatment with refiner
(5) 105 ℃에서 2시간 건조(5) 2 hours drying at 105 ℃
(6) 데시게이터에서 30분간 방치 후 무게(W3) 측정(6) Measure the weight (W 3 ) after leaving it for 30 minutes in desiccator
정련제로는 CCl4, 메탄올, 메탄올 혼합용액 등이 사용되며, 유제 함량(OPU)은 아래의 식 1에 의해 계산된다.As a refining agent, CCl 4 , methanol, a methanol mixed solution, and the like are used, and an oil content (OPU) is calculated by Equation 1 below.
식 1: 유제 함량(OPU)(중량%) = (W2 - W3)/W1 × 100Equation 1: emulsion content (OPU) (% by weight) = (W 2 -W 3 ) / W 1 × 100
한편, HM 아라미드 단섬유(1a)의 제조방법과 동일한 방법으로 ST 아라미드 단섬유(1b)를 제조한다.On the other hand, ST aramid short fibers 1b are produced in the same manner as the method for producing HM aramid short fibers 1a.
이어서, 수세된 HM 아라미드 단섬유(1a)와 ST 아라미드 단섬유(1b)를 제1 탱크(110) 내에서 물에 함께 분산시켜 균질한 슬러리를 만드는 해리 공정을 수행한다. 이때, ST 아라미드 단섬유(1b)에 대한 HM 아라미드 단섬유(1a)의 중량비는 1 이하인 것이 바람직하다. 이와 같이 HM 아라미드 단섬유(1a)와 함께 ST 아라미드 단섬유(1b)를 사용함으로써 HM 아라미드 단섬유(1a)에 잔존할 수 있는 미량의 유제로 인한 악영향을 상쇄시킬 수 있다.Subsequently, the washed HM aramid short fibers 1a and the ST aramid short fibers 1b are dispersed together in water in the
상기 해리 공정은 30 내지 40 ℃의 온도에서 약 1시간 동안 진행된다. 상기 해리 공정을 통해 HM 아라미드 단섬유(1a)와 ST 아라미드 단섬유(1b) 각각은 복수개의 모노필라멘트들로 분리된다. 상기 슬러리에서 모노필라멘트들의 농도는 1.0 내지 1.5 중량%이다. The dissociation process is performed for about 1 hour at a temperature of 30 to 40 ℃. Through the dissociation process, each of the HM aramid short fibers 1a and the ST aramid short fibers 1b are separated into a plurality of monofilaments. The concentration of monofilaments in the slurry is 1.0 to 1.5% by weight.
상기 슬러리의 pH는 6.5 내지 8.5로 관리된다. 슬러리의 pH가 6.5 미만이면 모노필라멘트들이 자기들끼리 응집하는 경향이 강해져 모노필라멘트들의 분산성이 저하된다. 반대로, 슬러리의 pH가 8.5를 초과하면 모노필라멘트들은 서로 잘 분리되지만 최종 제품인 펄프가 잘 부서지는 단점이 있다.The pH of the slurry is managed between 6.5 and 8.5. If the pH of the slurry is less than 6.5, the monofilaments tend to aggregate among themselves, thereby decreasing the dispersibility of the monofilaments. In contrast, when the pH of the slurry exceeds 8.5, the monofilaments are well separated from each other, but the final product pulp breaks down well.
제1 탱크(110) 내에서 HM 아라미드 단섬유(1a)와 ST 아라미드 단섬유(1b)가 물에 함께 분산되어 슬러리가 형성되면, 이 슬러리를 제2 탱크(120)로 보내어 슬러 리에 포함된 모노필라멘트들을 두들겨 피는 고해 공정(refining)을 실시한다. 제2 탱크(120) 내에는 리파이너(Refiner)가 설치되어 있어 슬러리에 여전히 포함되어 있을 수 있는 HM 아라미드 단섬유(1a)와 ST 아라미드 단섬유(1b)를 모노필라멘트들로 분리할 뿐만 아니라, 슬러리에 포함된 모노필라멘트들을 절단(cut) 및 피브릴화(fibrillate)한다. When the HM aramid short fibers 1a and the ST aramid short fibers 1b are dispersed together in water to form a slurry in the
본 발명에서 사용될 수 있는 리파이너로는 예를 들어 이중 디스크 리파이너(Double Disk Refiner)가 있으나, 모노필라멘트들을 절단 및 피브릴화할 수 있다면 그 종류에 제한이 없다. 이중 디스크 리파이너는 고정 디스크와 회전 디스크를 포함하며, 회전 디스크가 회전함과 동시에 고정 디스크에 접근함으로써 슬러리에 포함된 모노필라멘트들을 절단 및 피브릴화한다. The refiner that can be used in the present invention is, for example, a Double Disk Refiner, but if the monofilaments can be cut and fibrillated, there is no limitation in its kind. The dual disk refiner includes a fixed disk and a rotating disk, which cuts and fibrillates the monofilaments contained in the slurry as the rotating disk rotates and approaches the fixed disk.
본 발명에 의하면, 제2 탱크(120) 내에서 수행된 고해 공정을 통해 상기 모노필라멘트들이 평균 길이가 약 1 내지 1.5 mm인 피브릴화 모노필라멘트(2)들로 변한다.According to the present invention, the monofilaments are converted into fibrillated
고해 공정은 아라미드 펄프의 여수도(캐나다 표준 여수도: Canadian Standard Freeness)를 결정하는 중요한 공정 중 하나이다. 왜냐하면, 고해 공정을 통한 모노필라멘트의 피브릴화 정도와 아라미드 펄프의 여수도는 깊은 관련이 있기 때문이다. 즉, 모노필라멘트의 피브릴화 정도가 우수하면 펄프의 여수도가 낮아지게 되는데, 이는 아라미드 펄프의 분산성이 우수함을 의미한다. 반면, 모노필라멘트의 피브릴화 정도가 나쁘면 펄프의 여수도가 높게 되는데, 이는 아라미드 펄프의 분산성이 열악함을 의미한다.The beating process is one of the important processes for determining the freeness (Canada Standard Freeness) of aramid pulp. This is because the degree of fibrillation of monofilament through the beating process and the degree of freedom of aramid pulp are closely related. That is, if the degree of fibrillation of the monofilament is excellent, the freeness of the pulp is lowered, which means that the aramid pulp has excellent dispersibility. On the other hand, when the degree of fibrillation of the monofilament is poor, the degree of freeness of the pulp is high, which means that the aramid pulp has poor dispersibility.
선택적으로, 고해 공정의 반복을 위하여 제3 탱크를 추가로 설치할 수 있다. 또한, 제2 탱크 또는 제3 탱크로부터 배출되는 피브릴화 섬유(2)를 포함한 슬러리를 제1 탱크로 다시 리턴시킴으로써 해리 및 고해 공정을 반복할 수도 있다.Optionally, a third tank may be further installed for repeating the beating process. In addition, the dissociation and beating process may be repeated by returning the slurry containing the fibrillated
고해 공정을 통해 피브릴화 필라멘트(2)를 포함하게 된 슬러리는 초지 형성부(Sheet forming Unit)(130)에 의해 초지(sheet)(3)로 만들어지고, 이어서 상기 초지(3)로부터 수분을 1차로 제거하기 위한 스퀴징 공정이 상하 2개의 롤(roll)로 구성된 프레스부(Pressing Unit)(140)에서 수행된다.The slurry which contains the fibrillated
프레스부(140)에서 1차로 수분이 제거된 초지(4)는 건조부(150)에서 건조됨으로써 2차로 수분이 제거된다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 건조가 완료된 초지(5)의 수분 함량이 15 내지 40 중량%가 되도록 건조 공정이 제어된다. The papermaking 4 in which moisture is first removed from the
이어서, 건조된 초지(5)는 파쇄부(Crushing Unit)(160)에서 파쇄되어 최종 아라미드 펄프(7)가 된다. The dried
이렇게 제조된 최종 아라미드 펄프(7)는 포장부(Wrapping Unit)(180)에서 약 5.0 내지 5.5 kg 단위로 압축 포장된 후 목적지로 이송된다.The final aramid pulp 7 thus prepared is compressed in a wrapping unit 180 in units of about 5.0 to 5.5 kg and then transported to a destination.
이하, 실시예 및 비교예들을 통해 본 발명을 구체적으로 설명한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐으로 이것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되어서는 안된다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples and comparative examples. However, the following examples are only intended to help the understanding of the present invention, and the scope of the present invention should not be limited thereto.
실시예 1Example 1
20 g/d의 강도, 3.5%의 절단신도 및 900 g/d의 모듈러스를 갖는 HM 아라미드 섬유를 로터리 커터를 이용하여 절단함으로써 일정길이의 HM 아라미드 단섬유를 만들었다. 상기 HM 아라미드 단섬유를 50℃의 온도 하에서 HM 아라미드 단섬유의 유제 함량이 0.1 중량%가 될 때까지 순수로 수세하였다.A length of HM aramid short fibers was made by cutting with a rotary cutter an HM aramid fiber having a strength of 20 g / d, an elongation at break of 3.5% and a modulus of 900 g / d. The HM aramid short fibers were washed with pure water at a temperature of 50 ° C. until the emulsion content of HM aramid short fibers became 0.1% by weight.
21 g/d의 강도, 3.5%의 절단신도 및 700 g/d의 모듈러스를 갖는 ST 아라미드 섬유를 로터리 커터를 이용하여 절단함으로써 일정길이의 ST 아라미드 단섬유를 만들었다.ST aramid short fibers of a length were made by cutting a ST aramid fiber having a strength of 21 g / d, an elongation of 3.5% and a modulus of 700 g / d using a rotary cutter.
상기 수세된 HM 아라미드 섬유 50 kg 및 ST 아라미드 단섬유 50 kg을 10,000 L의 순수에 함께 분산시킴으로써 균질한 슬러리를 제조하였다. 이렇게 제조된 슬러리를 20 inch 직경의 디스크를 갖는 이중 디스크 리파이너가 장착된 고해 탱크(refining tank)에 투입한 후 60분 동안 고해시킴으로써 평균길이가 1mm인 피블리화 모노필라멘트들을 생성하였다.A homogeneous slurry was prepared by dispersing 50 kg of the washed HM aramid fibers and 50 kg of ST aramid short fibers together in 10,000 L of pure water. The slurry thus prepared was put into a refining tank equipped with a double disk refiner having a 20 inch diameter disk, and then bent for 60 minutes to produce fibrillated monofilaments having an average length of 1 mm.
고해 공정을 통해 피브릴화 필라멘트들을 포함하게 된 슬러리를 초지(sheet) 형태로 만든 후 2개의 롤(roll) 사이를 통과시킴으로써 초지에 함유된 수분을 스퀴징하였다. 이어서, 프레스부에서 1차로 수분이 제거된 초지를 100℃의 온도 하에서 5분 동안 건조함으로써 초지로부터 2차로 수분을 제거하였다. 건조된 초지의 수분 함량은 20 중량%이었다.Through the beating process, the slurry containing fibrillated filaments was made into a sheet and then squeezed out moisture contained in the paper by passing between two rolls. Subsequently, the paper was first removed from the press by drying the paper from which the water was first removed at a temperature of 100 ° C. for 2 minutes. The moisture content of the dried paper was 20% by weight.
건조된 초지를 분쇄기를 이용하여 작은 조각들(6)로 파쇄하여, 최종 아라미드 펄프를 제조하였다. 최종 아라미드 펄프의 수분 함량은 5 중량%이었다.The dried papermaking was crushed into small pieces 6 using a grinder to produce the final aramid pulp. The water content of the final aramid pulp was 5% by weight.
실시예 2 내지 5 및 비교예 1 내지 2Examples 2-5 and Comparative Examples 1-2
수세가 완료된 HM 아라미드 단섬유의 유제 함량이 아래의 표 1과 같다는 점 을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 아라미드 펄프를 각각 제조하였다. Aramid pulp was prepared in the same manner as in Example 1 except that the emulsion content of the HM aramid short fibers washed with water was as shown in Table 1 below.
[표 1]TABLE 1
비교예 3Comparative Example 3
HM 아라미드 단섬유에 대한 수세 공정을 생략하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 아라미드 펄프를 제조하였다. 수세되지 않은 HM 아라미드 단섬유의 유제 함량은 1 중량%이었다.Aramid pulp was prepared in the same manner as in Example 1 except that the washing process for HM aramid short fibers was omitted. The emulsion content of unwashed HM aramid short fibers was 1% by weight.
비교예 4Comparative Example 4
ST 아라미드 단섬유 없이 100 kg의 수세된 HT 아라미드 단섬유만을 10,000 리터의 순수에 분산시켜 슬러리를 제조하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 아라미드 펄프를 제조하였다. Aramid pulp was prepared in the same manner as in Example 1 except that only 100 kg of washed HT aramid short fibers without ST aramid short fibers were dispersed in 10,000 liters of pure water.
실시예 1 내지 5 및 비교예 1 내지 4에 의해 제조된 아라미드 펄프들 각각의 여수도를 아래의 방법으로 측정한 결과 아래의 표 2과 같은 결과를 얻었다.The freeness of each of the aramid pulp prepared by Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4 was measured by the following method to obtain the results as shown in Table 2 below.
아라미드 펄프의 여수도 측정Freedom Measurement of Aramid Pulp
KS M ISO 5267-2의 캐나다 표준 여수도(Canadian Standard Freeness: CSF) 테스트 방법에 의해 아라미드 펄프의 여수도(ml)를 측정하였다.The freeness (ml) of aramid pulp was measured by the Canadian Standard Freeness (CSF) test method of KS M ISO 5267-2.
[표 2]TABLE 2
1Example
One
2Example
2
3Example
3
4Example
4
5Example
5
1Comparative example
One
2Comparative example
2
3Comparative example
3
4Comparative example
4
(ml)Yeosu
(ml)
위 표 2의 실시예 1 내지 5 및 비교예 3으로부터, HM 아라미드 단섬유에 대한 수세 공정을 실시하지 않을 경우에는 HM 아라미드 단섬유에 함유된 유제의 영향으로 아라미드 펄프의 여수도가 업계에서 요구되는 400 ml에 훨씬 상회함을 알 수 있다. From Examples 1 to 5 and Comparative Example 3 of Table 2 above, when the washing process for the HM aramid short fibers is not performed, the freeness of the aramid pulp is required in the industry under the influence of the emulsion contained in the HM aramid short fibers. It is much higher than 400 ml.
또한, 위 표 2의 실시예 1 내지 5 및 비교예 1과 2로부터, HM 아라미 단섬유에 대한 수세 공정을 실시한다고 하더라도 수세가 완료된 HM 아라미드 단섬유의 유제 함량이 0.1 중량%를 초과할 경우에도 역시 아라미드 펄프의 여수도가 업계에서 요구되는 400 ml를 여전히 상회함을 알 수 있다. In addition, from Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 of Table 2 above, even if the water washing process for the HM aramid short fibers when the emulsion content of the HM aramid short fibers washed with water exceeds 0.1% by weight Edo also shows that the freeness of aramid pulp still exceeds the industry's required 400 ml.
한편, 위 표 2의 실시예 1 내지 5 및 비교예 4로부터, HM 아라미드 단섬유만으로 제조된 아라미드 펄프는 그 여수도가 400 ml 이하로서 업계에서 요구하는 물성을 만족하기는 하지만, ST 아라미드 단섬유를 HM 아라미드 단섬유와 함께 사용하여 제조된 아라미드 펄프와 비교할 때 그 여수도가 다소 높게 나타남을 알 수 있다.On the other hand, from Examples 1 to 5 and Comparative Example 4 of the above Table 2, aramid pulp prepared only with HM aramid short fibers, although the freeness is 400 ml or less, satisfies the physical properties required by the industry, ST aramid short fibers It can be seen that the degree of freedom is somewhat higher when compared to aramid pulp prepared using HM aramid short fibers.
첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕고 본 명세서의 일부를 구성하기 위한 것으로서, 본 발명의 실시예들을 예시하며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리들을 설명한다.The accompanying drawings are included to assist in understanding the present invention and to form a part of the specification, to illustrate embodiments of the present invention, and to explain the principles of the present invention together with the detailed description of the invention.
도 1은 ST 아라미드 섬유의 제조 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이고,1 is a view schematically showing a system for producing ST aramid fibers,
도 2는 본 발명의 아라미드 펄프의 제조 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.2 is a view schematically showing a system for producing aramid pulp of the present invention.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 ><Explanation of Signs of Major Parts of Drawings>
1a : HM 아라미드 단섬유 1b : ST 아라미드 단섬유1a: HM Aramid Short Fiber 1b: ST Aramid Short Fiber
2 : 피브릴화 모노필라멘트 3 : 초지2: fibrillated monofilament 3: papermaking
4 : 1차 수분 제거된 초지 5 : 건조된 초지4: Primary moisture-free paper 5: Dried paper
6 : 아라미드 펄프6: aramid pulp
10 : 방사구금 20 : 응고조 10: spinneret 20: coagulation tank
30 : 제1 수세조 31 : 제1 수세 롤 30: first water washing tank 31: first water washing roll
40 : 제2 수세조 41 : 제2 수세 롤 40: 2nd water washing tank 41: 2nd water washing roll
50 : 건조부 51 : 건조 롤 50: drying unit 51: drying roll
60 : 와인더 110 : 제1 탱크60: winder 110: first tank
120 : 제2 탱크 130 : 초지 형성부 120: second tank 130: grass paper forming portion
140 : 프레스부 150 : 건조부140: press part 150: drying part
160 : 파쇄부 170 : 포장부160: shredding unit 170: packing unit
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