KR20100123316A - 아라미드 섬유 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 다공질의 표면을 포함하고 있되, 0.4~3.0㎡/g의 비표면적을 갖는 것을 특징으로 하는 아라미드 섬유 및, 방향족 폴리아미드 중합체를 제조하는 단계와 상기 방향족 폴리아미드 중합체를 황산 용매에 용해시켜 방사도프를 제조하는 단계와 상기 방사도프를 방사구금을 이용하여 방사하는 단계와 상기 방사된 방사도프를 황산농도가 0.1~8.0 중량%인 응고액이 담긴 응고조 내에서 응고시켜 아라미드 필라멘트를 형성시키는 단계 및 상기 아라미드 필라멘트를 수세 및 건조하는 단계를 포함하되, 0.4~3.0㎡/g인 비표면적을 갖는 것을 특징으로 하는 아라미드 섬유의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 다공질 표면을 가짐으로써 염료에 대한 염착량을 증가시켜 다양한 색상의 아라미드 섬유를 제조할 수 있게 된다.
아라미드, 비표면적, 다공질, 염착량

Description

아라미드 섬유 및 그 제조방법{Aramid Fiber and Method for Manufacturing The Same}
본 발명은 아라미드 섬유 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 다공질 표면의 형상을 갖는 아라미드 섬유를 제조함에 따라 염료에 대한 염착량을 향상시킬 수 있어 다양한 색상을 갖고 고강도 및 고내열성을 필요로 하는 제품에 이용할 수 있는 아라미드 섬유 및 그 제조방법에 관한 것이다.
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, 5㎜ 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.
아라미드 섬유는 방향족 디아민과 방향족 디에시드 할라이드를 N-메틸-2-피 롤리돈을 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.
이와 같이 제조되는 아라미드 섬유는 고강도 및 고탄성율을 가지게 되어, 상기의 특성을 요구하는 다양한 분야에 이용하게 된다. 특히, 위험한 업무에 종사하는 사람들을 위한 보호복 등의 제조에 사용이 가능하다.
그러나, 통상의 아라미드 섬유는 70% 이상의 결정화도를 가지고 있고, 강직(rigid)한 방향족 구조로 이루어져 있기 때문에 산성염료 또는 분산염료에 대한 염착성이 매우 떨어져 다양한 색상을 요구하는 제품에 이용하는데 곤란한 실정이었다.
이에 따라, 아라미드 섬유에 원하는 색상을 부여하기 위해서는 방사도프에 안료를 혼합하는 돕다이(dope-dye) 방식을 이용하여 염색된 필라멘트를 제조하거나, 미염색된 아라미드 섬유에 안료가 혼합된 조성물로 코팅하는 방식을 통상적으로 사용하고 있다.
그러나, 상기 돕다이 방법은 다양한 색상을 발현하기가 곤란하고 아라미드 섬유의 강도를 저하시키는 문제점이 있다. 또한, 상기 안료코팅 방법은 염색견뢰도가 좋지 못하고 재현성이 떨어지며 제품마다 색차가 심해 균일한 품질의 제품을 생산하기가 곤란한 실정이었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출된 것으로서, 아라미드 표면에 다공질을 형성시켜 최적의 비표면적을 가짐에 따라, 일정한 강도를 유지하면서 염료에 대한 염착량을 증가시킬 수 있어, 다양한 색상을 요구하는 아라미드 제품에 이용가능한 아라미드 섬유 및 그 제조방법을 목적으로 하고 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면으로서, 본 발명은 다공질의 표면을 포함하고 있되, 0.4~3.0㎡/g의 비표면적을 갖는 것을 특징으로 하는 아라미드 섬유를 제공한다.
한편, 상기 아라미드 섬유는 파라형 방향족 폴리아미드 중합체로 제조된 것을 사용할 수 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면으로서, 본 발명은 방향족 폴리아미드 중합체를 제조하는 단계, 상기 방향족 폴리아미드 중합체를 황산 용매에 용해시켜 방사도프를 제조하는 단계, 상기 방사도프를 방사구금을 이용하여 방사하는 단계, 상기 방사된 방사도프를 황산농도가 0.1~8.0 중량%인 응고액이 담긴 응고조 내에서 응고시켜 아라미드 필라멘트를 형성시키는 단계, 및 상기 아라미드 필라멘트를 수세 및 건조하는 단계를 포함하고 있되, 0.4~3.0㎡/g인 비표면적을 갖는 것을 특징으로 하는 아라미드 섬유의 제조방법을 제공한다.
한편, 상기 응고액은 물, 황산, 에틸렌 글리콜, 글리세롤, 알코올 또는 이들 의 혼합물을 포함할 수 있고, 상기 응고액의 온도는 -5~10℃인 것이 바람직할 수 있다.
본 발명에 의한 아라미드 섬유는 다공질 표면을 가짐에 따라 염료와 우수한 염착성을 가지게 된다.
따라서, 상기 다공질 표면을 갖는 아라미드 섬유를 보호복 및 장갑 등의 용도로 사용될 경우 다양한 색상의 발현이 가능하기 때문에, 아라미드 섬유의 상품 가치를 극대화할 수 있음과 동시에 최종 제품의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 아라미드 섬유 및 그 제조방법의 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
본 발명의 아라미드 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 있으며, 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-나프탈렌디카복실산 디클로라이드 또는 1,5-나프탈렌디카복실산 디클로라이드를 들 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
방향족 디아민과 방향족 디에시드 할라이드의 중합은 발열과 함께 빠른 속도 로 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.
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. 특히, 상기 파라형 방향족 폴리아미드 중합체는 섬유로 제조 후 높은 배향도 및 결정성을 가지게 되므로 염료가 섬유 내부로 용이하게 침투하기가 매우 어렵게 되어 다양한 색상을 갖는 아라미드 섬유 제품에 사용하는데 제약을 받게 된다.
이어서, 중합반응 중에 생성된 산을 알칼리 화합물을 이용하여 중화시킨다.
중합반응을 거쳐 얻어진 방향족 폴리아미드 중합체는 빵가루 형태로 존재하 기 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 알칼리 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.
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)으 로 변화한다. 이방성 방사도프는 구조적 및 기능적 특성으로 인해 별도의 연신(drawing) 공정 없이 고강도 아라미드 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.
다음으로, 아라미드 섬유의 제조 공정을 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 아라미드 섬유의 제조 공정을 개략적으로 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명에 따른 방사 공정을 개략적으로 나타낸 것이다.
먼저, 도 1에 나타낸 바와 같이, 방사도프를 방사구금(spinneret)(10)을 이용하여 방사(spinning)한 후 에어갭(air gap)(100)을 거쳐 응고부(coagulation unit)(200) 내에서 응고시킴으로써 필라멘트(filament)를 형성한다.
상기 응고부(200)에는 방사구금(10)의 하부에 위치하여 그 내부에 응고액(20)이 저장되어 있는 응고조(30)와, 상기 응고조(30)의 하부에는 응고튜브가 형성되어 있다. 따라서, 방사구금(10)에서 토출된 방사도프는 하강하면서 에어갭(100)과 응고조(30) 및 응고튜브(40)를 거치면서 응고되어 필라멘트를 형성한다.
상기 응고액(20)으로서 물, 에틸렌 글리콜, 글리세롤, 알코올, 또는 이들의 혼합물이 사용하여 응고속도 등을 조절하여 아라미드 섬유의 표면에 생성되는 미세기공의 크기와 형태 및 밀도 등을 제어할 수 있다. 다만, 물을 사용하는 것이 가장 바람직하고, 상기 아라미드 방사도프에서 황산의 배출속도를 조절하기 위해 다른 화합물을 혼합하여 사용할 수 있는데, 특히 황산을 첨가한 혼합액이 가장 바람직하 다.
상기 응고액(20)은 -5 내지 10℃로 유지된다. 방사구금(10)을 통과한 방사물이 응고액(20)을 통과하게 되면 방사물 내의 황산이 제거되면서 응고되어 필라멘트가 형성된다.
만일, 응고액(20)의 온도가 너무 높으면 황산이 방사물로부터 배출되는 속도가 느리기 때문에 원하는 정도의 다공질의 표면을 형성할 수 없게 된다. 따라서, 제조된 아라미드 섬유는 0.4 ㎡/g 미만인 비표면적을 갖게 되므로 염료에 대한 염착성이 저하되고, 방사물 내부에 있는 황산이 원활하게 빠져나오지 못하기 때문에 아라미드 섬유 내부에 황산이 잔존하게 되어 아라미드 섬유의 물성이 점차 저하된다.
반면, 응고액(20)의 온도가 너무 낮으면 방사물의 외층부가 급격히 응고되고, 상기 응고된 외층부는 장애물(barrier) 역할을 하기 때문에 방사물 내부에 있는 황산이 외부로 원활히 배출되지 않고 잔존하고 있어 아라미드 섬유는 점차 물성이 저하된다. 또한, 다공질이 지나치게 많이 형성되어 비표면적이 3.0 ㎡/g 을 초과되어 인장강도가 나빠지게 된다.
또한, 본 발명은 방사물에서 황산의 배출속도를 제어하기 위해 응고액(20)으로 황산 수용액의 사용이 바람직한데, 상기 응고액(20)에서의 황산 농도는 0.1~8.0 중량%인 것이 바람직하다.
만일, 황산 농도가 0.1 중량% 미만인 경우에는 방사물로부터 황산이 급격히 배출되기 때문에 방사물 내부에 있는 황산이 남아 있는 문제점이 발생한다. 반면, 황산 농도가 8.0 중량% 이상인 경우에는 방사물로부터 황산이 배출되는 속도가 급격히 느려지기 때문에 원하는 정도의 다공질 표면을 얻을 수 없고, 비표면적이 0.4 ㎡/g 미만으로 작아져 아라미드 섬유의 염착성이 떨어지게 된다.
한편, 방사물이 응고조(30)에 체류하는 시간은 0.1~0.7 초가 바람직하다. 체류시간이 0.1 미만일 경우에는 황산이 배출되는데 필요한 시간이 부족하여 황산이 아라미드 섬유 내부에 다량 잔류하게 되고, 또한 원하는 정도의 다공질 표면을 얻을 수 없게 되어 염착성도 급격히 떨어진다.
반면, 방사물이 응고조(30)에 체류하는 시간이 0.7 초를 초과하는 경우에는 비표면적이 4.0 ㎡/g를 초과한 과량의 다공질이 생성된 아라미드 섬유를 제조할 수 있지만 오히려 아라미드 섬유의 물성을 취약하게 한다. 또한, 공정 중 마찰을 많이 받게 되어 제조된 아라미드 섬유에 모우(毛羽) 또는 피브릴(fibril)이 다량 발생하여 제품의 품질이 떨어진다.
다음으로, 응고된 아라미드 필라멘트에 잔존하는 황산을 제거한다. 방사 도프의 제조에 사용된 황산은 방사물이 응고조(30)를 통과하면서 대부분 제거되지만 완전히 제거되지 않고 잔존할 수 있다. 필라멘트에 잔존하는 황산은 그 양이 아무리 소량이라 할지라도 아라미드 섬유 특성에 악영향을 미칠 수 있기 때문에, 필라멘트에 잔존하는 황산을 완전히 제거하는 것이 매우 중요하다.
필라멘트에 잔존하는 황산은 물, 또는 물과 알칼리 용액의 혼합용액을 이용한 수세공정을 통해 제거될 수 있다. 상기 수세 공정은 다단계로 수행할 수도 있는데, 예를 들면, 황산을 함유한 필라멘트를 가성소다 수용액(aqueous caustic solution)이 담긴 제1 수세조(300)에서 1차 수세하고, 제2 수세조(400)에서 2차 수세를 한다. 상기 제1 및 제2 수세조(300, 400) 내에는 제1 및 제2 수세 롤(310, 410)이 각각 설치되어 있어 필라멘트를 이동시킨다.
이어서, 필라멘트에 잔류하는 수분을 제거하기 위한 건조공정이 건조부(500) 에서 수행된다. 건조공정은 건조부(500) 내의 건조 롤(drying roll)(510)에 필라멘트가 닿는 시간을 조절하거나, 상기 건조 롤(510)의 온도를 조절함으로써 필라멘트의 수분 함유량을 조절할 수 있다.
한편, 상기 건조 공정에서는 고온에서의 건조를 피하는 것이 바람직한데, 건조 온도가 너무 높은 경우, 분자의 배향 및 결정화도가 상승하므로 염착성이 떨어진다. 따라서, 수분을 제거할 정도의 조건 설정이 바람직하다.
이어서, 건조가 완료된 필라멘트를 와인더(600)로 감는다.
상술한 바와 같은 방법으로 제조된 아라미드 섬유는 다량의 미세 다공질이 형성된 표면을 포함하고 있되, 0.4~3.0㎡/g의 비표면적을 가지게 된다.
본 발명에 따른 아라미드 섬유는 다량의 미세 다공질을 갖기 때문에 산성염료 또는 분산염료로 염색시 염착량이 증가하여 업계에서 요구하는 다양한 색상의 제품을 제조할 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예를 통해 본 발명을 구체적으로 설명한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐이므로 본 발명의 권리범위가 제한되어서는 안 된다.
실시예 1
방향족 디아민인 파라-페닐렌디아민과 방향족 디에시드클로라이드인 테레프탈로일 디클로라이드를 N-메틸-2-피롤리돈 중합용매 내에서 중합시켜 6.0의 고유점도를 갖는 폴리 파라페닐렌테레프탈아미드 중합체를 제조하였다.
상기 방향족 폴리아미드 중합체를 100%의 황산용매에 용해시켜 20%의 농도를 갖는 방사도프를 제조하였다. 상기 방사도프를 방사구금(10)을 이용하여 방사한 후 에어 갭(100)을 거쳐 응고조(30) 내에서 응고시킴으로써 필라멘트를 제조하였다. 상기 응고조(30)에 담겨있는 응고액(20)은 증류수에 황산이 1.0 중량% 첨가된 것으로서, 방사공정이 진행되는 동안 1 ℃의 온도로 유지되었다. 상기 필라멘트가 응고조(30)에 체류한 시간은 0.2초이었다. 상기 필라멘트를 수세 및 건조한 후 와인더로 권취함으로써 아라미드 섬유가 얻어졌다.
실시예 2 내지 5
상기 응고액(20)의 황산 농도를 각각 0.5 중량%, 3.0 중량%, 5.0중량%, 및 7.0중량%로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 아라미드 섬유를 얻었다.
실시예 6 내지 9
상기 응고액(20)의 온도를 -4℃, -1℃, 4℃ 및 9℃로 각각 유지하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 아라미드 섬유를 얻었다.
실시예 10 내지 11
상기 응고조(30)에 체류한 시간을 각각 0.4초 및 0.6초로 설정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 아라미드 섬유를 얻었다.
비교예 1 내지 2
상기 응고액(20)의 황산 농도를 0.01중량% 및 9.0중량%로 각각 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 아라미드 섬유를 얻었다.
비교예 3 내지 4
상기 응고액(20)의 온도를 -6℃ 및 11℃로 각각 유지하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 아라미드 섬유를 얻었다.
비교예 5 내지 6
상기 응고조(30)에 체류한 시간을 0.05초 및 0.8초로 변경한 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 아라미드 섬유를 얻었다.
위 실시예들 및 비교예들에 의해 얻어진 아라미드 섬유의 비표면적을 다음의 방법으로 측정하였고, 그 결과를 아래의 표 1에 나타내었다.
아라미드 섬유의 비표면적 측정
아라미드 섬유를 120℃에서 4시간 동안 건조시킴으로써 시료를 준비하였다. 이 시료에 대하여 미국 Micromeretics사의 FlowSorb II를 이용하여 질소의 흡탈착 원리에 기초하여 비표면적을 측정하였다.
구분 황산농도(중량%) 온도(℃) 체류시간(초) 비표면적(㎡/g)
실시예 1 1.0 1 0.2 2.1
실시예 2 0.5 1 0.2 2.7
실시예 3 3.0 1 0.2 1.7
실시예 4 5.0 1 0.2 1.2
실시예 5 7.0 1 0.2 0.5
실시예 6 1.0 -4 0.2 2.8
실시예 7 1.0 -1 0.2 2.5
실시예 8 1.0 4 0.2 1.1
실시예 9 1.0 9 0.2 0.5
실시예 10 1.0 1 0.4 2.0
실시예 11 1.0 1 0.6 2.3
비교예 1 0.01 1 0.2 6.4
비교예 2 9.0 1 0.2 0.3
비교예 3 1.0 -6 0.2 4.1
비교예 4 1.0 11 0.2 0.2
비교예 5 1.0 1 0.05 0.3
비교예 6 1.0 1 0.8 3.1
위 표 1의 실시예 및 비교예 들로부터 알 수 있듯이, 응고액(20)에서의 황산농도가 높아지면 다공질이 충분히 생성되지 않기 때문에 비표면적이 떨어지게 된다.
한편, 응고액(20)의 온도가 높아지면 황산이 방사물로부터 빠르게 배출되지 않기 때문에 다공질이 충분히 생성되지 않음을 알 수 있다.
또한, 방사물이 응고조(30)에서의 체류시간이 너무 짧으면 다공질이 충분히 생성되지 않음을 알 수 있다. 한편, 응고조(30)에서의 체류시간이 너무 길면, 비표면적이 과하게 되고, 모우 및 피브릴이 다량 발생하게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 아라미드 섬유의 제조 공정을 도시한 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 방사공정을 도시한 개략도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
10 : 방사구금 20 : 응고액
30 : 응고조 40 : 응고튜브
100 : 에어갭 200 : 응고부
300 : 제1 수세조 310 : 제1 수세 롤
400 : 제2 수세조 410 : 제2 수세 롤
500 : 건조부 510 : 건조 롤
600 : 와인더

Claims (5)

  1. 다공질의 표면을 포함하고 있되, 0.4~3.0 ㎡/g의 비표면적을 갖는 것을 특징으로 하는 아라미드 섬유.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 아라미드 섬유는 파라형 방향족 폴리아미드 중합체로부터 제조하는 것을 특징으로 하는 아라미드 섬유.
  3. 방향족 폴리아미드 중합체를 제조하는 단계;
    상기 방향족 폴리아미드 중합체를 황산 용매에 용해시켜 방사도프를 제조하는 단계;
    상기 방사도프를 방사구금을 이용하여 방사하는 단계;
    상기 방사된 방사도프를 황산농도가 0.1~8.0 중량%인 응고액이 담긴 응고조 내에서 응고시켜 아라미드 필라멘트를 형성시키는 단계; 및
    상기 아라미드 필라멘트를 수세 및 건조하는 단계를 포함하고 있되, 0.4~3.0㎡/g의 비표면적을 갖는 것을 특징으로 하는 아라미드 섬유의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 응고액은 물, 황산, 에틸렌 글리콜, 글리세롤, 알코올 또는 이들의 혼 합물을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 아라미드 섬유의 제조방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 응고액의 온도는 -5~10℃인 것을 특징으로 하는 아라미드 섬유의 제조방법.
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JP2021080586A (ja) * 2019-11-15 2021-05-27 帝人株式会社 易染色性メタ型全芳香族ポリアミド繊維、およびその製造方法
KR20210085015A (ko) * 2019-12-30 2021-07-08 코오롱인더스트리 주식회사 파라-아라미드 섬유의 제조 방법

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