KR20110071256A

KR20110071256A - 전방향족 폴리아미드 필라멘트의 제조방법

Info

Publication number: KR20110071256A
Application number: KR1020090127768A
Authority: KR
Inventors: 이용진
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2009-12-21
Filing date: 2009-12-21
Publication date: 2011-06-29

Abstract

본 발명은 전 방향족 폴리아미드 필라멘트 및 그의 제조방법에 관한 것으로서 보다 구체적으로 폴리파라페닐렌테레프탈아미드 (이하 PPTA) 중합체를 제조하는 공정: 상기 중합체를 농황산 용매에 용해시켜 도프를 제조하는 공정; 및 상기 도프를 방사 구금을 통과시킨 후 에어갭, 응고조 및 분사구를 지나 하부 특정 응고 튜브를 통해 방사하는 공정을 포함하여 이루어지는 파라 아라미드 섬유의 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 파라 아라미드 섬유에 관한 것으로써 ; 본 발명은 응고 튜브의 적당한 크기조정과 Bath/jet 의 응고 유량 조건 변경을 통해 응고액의 원활한 순환과 방사도프의 균일한 응고를 도움으로 모노필라멘트의 균일한 단면과 필라멘트의 강력향상에 효과가 있다.

전 방향족 폴리아미드 필라멘트, 응고튜브, 응고유량, 고강도,

Description

전방향족 폴리아미드 필라멘트의 제조방법{Process for preparing aromatic polyamide filament}

전방향족 폴리아미드 필라멘트는 미국특허 제 3,869,492 호 및 미국특허 제 3,869,430 호 등에 게재되어 있는 바와 같이, 방향족 디아민과 방향족 디에시드클로라이드를 N-메틸-2-피롤리돈을 포함하는 중합용매 중에서 중합시켜 전방향족 폴리아미드 중합체를 제조하는 공정과, 상기 중합체를 농황산 용매에 용해시켜 방사원액을 제조하는 공정과, 상기 방사원액을 방사 구금으로부터 방사하여 방사된 방사물을 비응고성 유체층을 통해 응고액 욕조내로 통과시켜 필라멘트를 형성하는 공정과, 상기 필라멘트를 수세, 건조 및 열처리하는 공정들을 거쳐 제조된다

그러나 이들 종래 기술에서는 응고조 하단의 응고튜브의 구조적 미흡으로 방사원액의 유출시 응고액의 불균일한 접촉으로 균일한 응고효과가 저하될 뿐 아니라 미응고된 모노필라멘트간의 접촉으로 모노필라멘트 단면이 불균일한 문제점이 발생하게 된다.

또한 불균일한 모노필라멘트는 용이한 핀사 발생의 원인이 되어 원사 외관을 저하시키고 강력저하 현상을 나타내게 된다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 용매에 전방향족 폴리아미드 폴리머를 용해하여 제조된 방사도프를 기격습식 방사법으로 방사하는 과정중 응고조 하단에 적정한 응고튜브의 디자인을 적용함과 동시에 응고유량의 적정한 적용을 통해 모노필라 단면의 균일성과 우수한 고강도 파라아라미드섬유의 제조 방법 및 이를 수행하기 위한 방안을 제시하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 적절한 실시 형태는, 전방향족 폴리아미드 중합체를 농황산 용매에 용해한 뒤 제조된 방사도프를 기격습식 방사법에 의해 응고액 욕조내로 통과시킨 다음 수세, 건조 열처리하여 폴리아미드 필라멘트를 제조함에 있어서 응고조 하단의 응고튜브의 적정한 디자인을 적용함과 응고유량의 적정한 적용을 특징으로 하는 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 중합체의 방사과정에서 응고조 하단의 응고튜브의 적정한 디자인을 적용함과 동시에 적정 응고 유량을 적용함으로써 적정한 응고액과의 접촉을 통해 균일한 단면과 강력을 높이는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 사용되는 폴리(p-페닐렌테레프탈아미드) 중합물은 최소한 p-페닐렌테레프탈아미드 95몰% 이상 함유하고, 바람직하게는 p-페닐렌테레프탈아미드 단 위만으로 구성된다.

본 발명에 따른 폴리(p-페닐렌테레프탈아미드) 중합물은, p-페닐렌디아민과 테레프탈로일클로라이드 원료의 비를 10.0 내지 13.0wt%로 하고 당량비는 0.95 내지 1.01의 비율로 하여 N-메틸 피롤리돈(NMP) 용액에서 10℃이하의 온도에서 축중합 하고, 이를 중화,수세 건조를 통해 전방향족 폴리아미드 중합물을 얻는다.

이렇게 얻어진 전방향족 폴리아미드 중합물은 고유점도 5.5 내지 7.0 범위를 갖는다. 이때 고유점도가 5.5미만이면 충분한 섬유의 강력을 얻기가 힘들고, 7.0을 초과하면 용해성이 떨어진다.

준비된 폴리아미드 중합물은 아래의 방법에 의해 섬유화 한다.

도면 1은 본 발명에 따른 전방향족 폴리아미드 섬유의 제조 공정을 도시한 것이다.

상기 폴리아미드 중합물은 99.0 ~ 101.1% 농도의 황산에서 70~90℃에서 용해시켜 도프를 제조한 다음 방사구금 (1)을 통해 방사된다. 이때 황산의 농도 및 온도가 각각 99.0중량%, 70℃미만이면 용해성이 떨어지고, 101.1중량%, 90℃초과하면 중합물의 물성이 저하된다.

상기 방출사들은 400 ~ 1,000m/min의 방사속도로 방사구금(1) 과 응고조(2) 사이에 있는 에에갭(4)을 통한다. 이때 방사속도가 400m/min 미만이면 사간의 융착이 발생되고, 1,000m/min 초과하면 사의 물성이 떨어진다.

에어갭이라 칭함은 방사구금(1)과 응고조(2) 사이의 비응고 분위기의 공간을 칭하는데 이러한 에어갭은 3내지 15mm의 길이 및 10 내지 40℃의 온도로 유지되는 것이 바람직 하다. 이때 에어갭의 길이가 3mm 미만이면 사간의 융착이 발생되고, 15mm 초과하면 사의 물성이 떨어진다. 이때 에어갭의 온도가 10℃ 미만이면 사간의 융착이 발생되고, 40℃ 초과하면 사의 물성이 떨어진다.

또한 상기 응고조의 응고액은 3 내지 12wt%의 황산을 포함하는 물이 바람직하다.

이 때 응고액의 유량은 제트유량(V1)과 베스유량(V2)의 합으로 나타내어 진다.

V3 (응고조 유량) = V1 (제트유량) + V2 (베스유량)

유량이 적정 이상일 경우 노즐 방출사가 흔들림 현상이 발생할 수 있어 배향성이 저하될 요인이 될 수 있으며 적정유량 이하일 경우 응고효과가 떨어져 필라멘트 내부 황산이 빠져나가기 전에 필라멘트 표면이 응고되어 필라멘트의 균일도가 떨어질 문제가 발생할 수 있기 때문에 상기 2가지 조건을 만족하는 응고조 조건을 찾는 것이 중요하다.

본 발명은 상기와 같이 방사도프의 응고과정 중 응고조 하단의 응고튜브(3)의 디자인을 조정하여 응고액의 순환을 원활히 하고 균일한 응고를 돕게 된다.

또한 응고조의 유량조정을 통해 방사도프의 응고액과의 적정한 접촉 및 내부 황산이 용이하게 빠져나오도록 도움으로 강력향상 효과가 있게 된다.

상기와 같이 응고 튜브의 적당한 크기조정과 동시에 적정한 응고유량 적용을 하면 응고액의 원활한 순환을 돕고 동시에 방사도프의 균일한 응고를 돕게됨으로 모노필라멘트의 균일한 단면과 필라멘트의 강력향상 효과를 얻게 된다.

< 실시예 >

p-페닐렌디아민과 테레프탈로일클로라이드를 등몰량 저온 축중합으로 제조된 고유점도(I.V) 6.3의 중합물을 100.1%의 농황산에 19.5%의 솔리드 함량으로 트윈 스크류 압출기에서 85℃로 용해시켜 방사도프를 제조하였다.

상기와 같이 제조된 방사도프를 도1에 도시된 바와 같이 방사구금을 통해 6mm의 에어갭을 통과시켜 응고조를 통해 방사를 실시 하여 수세,건조 공정을 통해 1500데니어 원사를 권취하였다. 이때 방사속도는 500m/분으로 하였다.

권취된 필라멘트는 인스트론(Instron) 5565(인스트론사제, 미국)를 이용하여 ASTM D-7269의 규정에 따라 250mm의 시료길이, 125mm/분의 인장속도 및 80TPM 의 조건으로 강신도 측정을 하였다.

실시 예1

방사도프가 응고조를 통과할 때 응고조 하단의 응고튜브의 직경을 11Φ로 디자인하여 적용하였다. 이때 응고조 유량(V3)을 10L/min으로 적용하였다.

이렇게 제도된 원사의 물성은 하기 표 2에 나타내었다.

실시 예2

방사도프가 응고조를 통과할 때 응고조 하단의 응고튜브의 직경을 11Φ로 디자인하여 적용하였다. 이때 응고조 유량(V3)을 10.5L/min으로 적용하였다.

이렇게 제도된 원사의 물성은 하기 표 2에 나타내었다.

실시 예3

방사도프가 응고조를 통과할 때 응고조 하단의 응고튜브의 직경을 11Φ로 디자인하여 적용하였다. 이때 응고조 유량(V3)을 11L/min으로 적용하였다.

이렇게 제도된 원사의 물성은 하기 표 2에 나타내었다.

< 비교예 >

비교예 1

응고튜브의 직경을 표 1에 나타낸 바와 같이12Φ로 변화시켜 실시예 1와 동일한 유량을 적용하여 원사를 제조 하였다.

이렇게 제조된 원사의 물성은 하기 표 2에 나타내었다.

비교예 2

응고튜브의 직경을 표 1에 나타낸 바와 같이12Φ로 변화시켜 실시예 2와 동일한 유량을 적용하여 원사를 제조 하였다.

이렇게 제조된 원사의 물성은 하기 표 2에 나타내었다.

비교예 3

응고튜브의 직경을 표 1에 나타낸 바와 같이12Φ로 변화시켜 실시예 3와 동일한 유량을 적용하여 원사를 제조 하였다.

이렇게 제조된 원사의 물성은 하기 표 2에 나타내었다.

[표 1]

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2	비교예 3
응고튜브 직경 (Φ)	11	11	11	12	12	12
응고조 유량 (V3)	10	10.5	11	10	10.5	11
방사속도 (m/min)	500	500	500	500	500	500

[표 2]

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	비교예 1	비교예 2	비교예 3
강력 (kgf)	34.7	35.4	36.5	33.8	34.3	35.6
신도(%)	3.21	3.38	3.45	3.15	3.30	3.41
탄성율 (g/d)	647	667	660	657	665	670

도 1은 본 발명에 따른 전방향족 폴리아미드 섬유의 제조 공정을 도시한 것이다.

1 방사구금, 2 응고조, 3 응고튜브, 4 에에갭,

V1 제트 유량, V2 베스 유량, V3 응고조 유량, L1 하부 응고튜브의 직경

Claims

전방향족 폴리아미드 필라멘트 제조방법에 있어서,

p-페닐렌디아민과 테레프탈로일클로라이드를 저온 축중합으로 제조된 고유점도(I.V) 5.5 내지 7.0의 중합물을 99.0 ~ 101.1% 농도의 황산에서 70~90℃에서 용해시켜 방사도프를 제조 한 후, 상기 방사도프를 방사구금(1)을 통해 길이가 3 내지 15mm 및 온도가 10 내지 40℃인 에어갭을 통과시켜 방사하고, 응고조 유량(V3)이 10 ~ 11L/min인 것을 특징으로 하는 전방향족 폴리아미드 필라멘트의 제조방법.
청구항 1에 있어서,

하부 응고튜브의 직경(L1)이 10 내지 12 mmΦ를 갖는 응고조를 통해 응고 및 수세하는 것을 특징으로 하는 전방향족 폴리아미드 필라멘트의 제조방법.
청구항 1 에 있어서,

방사속도가 400 ~ 1,000m/min인 것을 특징으로 하는 전방향족 폴리아미드 필라멘트의 제조방법.
청구항 1 내지 3의 방법으로 제조된 전방향족 폴리아미드 필라멘트.