KR20120114863A - 아라미드용 조성물 및 이를 이용하여 제조된 아라미드 제품 - Google Patents

아라미드용 조성물 및 이를 이용하여 제조된 아라미드 제품 Download PDF

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Abstract

비결정 영역에 존재할 수 있는 결점의 수가 대폭 감소된 아라미드 제품 및 그 제조를 위한 아라미드용 조성물이 개시된다. 본 발명의 아라미드용 조성물은, 방향족 폴리아미드(aromatic polyamide) 및 축합 방향족 화합물(fused aromatic compound)을 포함하되, 상기 축합 방향족 화합물의 함량은 상기 방향족 폴리아미드 100 중량부 대비 0.01 내지 10 중량부이다.

Description

아라미드용 조성물 및 이를 이용하여 제조된 아라미드 제품{Composition for Aramid and Aramid Product Manufactured Using The Same}
본 발명은 아라미드용 조성물 및 이를 이용하여 제조된 아라미드 제품에 관한 것이다.
일반적으로, 아라미드로 통칭되는 전방향족 폴리아미드는, 벤젠 고리들이 아미드기(CONH)를 통해 직선적으로 연결된 구조를 갖는 파라계 전방향족 폴리아미드와 그렇지 않은 메타계 전방향족 폴리아미드를 포함한다.
특히, 파라계 전방향족 폴리아미드를 이용하여 제조된 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 탄화하므로 고내열성이 요구되는 분야에서도 각광을 받고 있다.
이러한 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 구금을 통해 방사한 후 이를 응고시켜 필라멘트를 제조하는 공정, 및 상기 필라멘트를 수세 및 건조하는 공정을 거쳐 통상 제조된다.
그러나, 이와 같이 제조된 아라미드 제품은 비결정 영역에 다수의 결점(defect)이 존재하기 때문에 인장 강도와 같은 물성이 떨어지게 된다. 즉, 외력이 아라미드 제품, 예를 들어 아라미드 섬유에 가해질 경우 비결정 영역의 결점에 응력이 집중됨에 따라 아라미드 섬유가 쉽게 절단된다. 물성이 떨어지는 아라미드 제품은 고품질이 요구되는 다양한 분야에 이용할 수 없는 문제가 있었다.
따라서, 본 발명은 위와 같은 관련 기술의 제한 및 단점들에 기인한 문제점들을 방지할 수 있는 아라미드용 조성물 및 이를 이용하여 제조된 아라미드 제품에 관한 것이다.
본 발명의 일 관점은, 아라미드 제품의 비결정 영역에 존재할 수 있는 결점의 수를 대폭 감소시킬 수 있는 아라미드용 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 관점은, 비결정 영역에 존재할 수 있는 결점의 수가 대폭 감소된 아라미드 제품을 제공하는 것이다.
위에서 언급된 본 발명의 관점들 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 설명되거나, 그러한 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
위와 같은 본 발명의 일 관점에 따라, 방향족 폴리아미드(aromatic polyamide); 및 축합 방향족 화합물(fused aromatic compound)을 포함하되, 상기 축합 방향족 화합물의 함량은 상기 방향족 폴리아미드 100 중량부 대비 0.01 내지 10 중량부인 것을 특징으로 하는 아라미드용 조성물이 제공된다.
본 발명의 다른 관점에 따라, 방향족 폴리아미드; 및 상기 방향족 폴리아미드 사이에 분산되어 있는 축합 방향족 화합물을 포함하되, 상기 축합 방향족 화합물의 함량은 상기 방향족 폴리아미드 100 중량부 대비 0.01 내지 10 중량부인 것을 특징으로 하는 아라미드 제품이 제공된다.
본 발명에 따른 아라미드용 조성물에는 방향족 폴리아미드 외에 상기 방향족 폴리아미드와 우수한 상호작용을 할 수 있는 첨가물이 균일하게 분포되어 있기 때문에, 본 발명의 아라미드용 조성물로 제조된 아라미드 제품은 비결정 영역에서의 결점을 거의 갖지 않게 되고, 결과적으로 우수한 물성을 가지게 된다. 이러한 우수한 물성을 갖게 됨으로써, 본 발명의 아라미드 제품은 방탄복, 방탄헬멧, 또는 항공기 등 다양한 분야에서 매우 유용하게 활용될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명의 다양한 변형이 가능하다는 점은 당업자에게 자명할 것이다. 따라서, 본 발명은 특허청구범위에 기재된 발명 및 그 균등물의 범위 내에 드는 변형을 모두 포함한다.
본 명세서에서 "축합 방향족 화합물(fused aromatic compound)"은 축합 다환 방향족 화합물(fused polycyclic aromatic compound) 및 축합 복소다환 방향족 화합물(fused heteropolycyclic aromatic compound)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 축합 다환 방향족 화합물은 축합된 고리들이 탄소원자들만으로 구성된 축합 방향족 화합물을 지칭하고, 축합 복소다환 방향족 화합물은 축합된 고리들을 구성하는 탄소원자들 중 적어도 하나가 다른 원자로 치환된 축합 방향족 화합물을 지칭한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 아라미드용 조성물 및 이를 이용하여 제조된 아라미드 제품에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 아라미드용 조성물은 방향족 폴리아미드를 포함한다. 상기 방향족 폴리아미드는 다음과 같은 공정을 통해 제조될 수 있다.
먼저, 유기용매에 무기염을 첨가하여 중합용매를 제조한다.
이어서, 상기 제조된 중합용매에 방향족 디아민을 용해시켜 혼합용액을 제조한다. 상기 방향족 디아민은 치환기가 없는 방향족 디아민 또는 치환기가 있는 방향족 디아민일 수 있다.
상기 치환기가 없는 방향족 디아민은 파라-페닐렌디아민, 4,4′-디아미노비페닐, 2,6-나프탈렌디아민, 1,5-나프탈렌디아민 또는 4,4′-디아미노벤즈아닐라이드 등을 예로 들 수 있다. 상기 치환기는 CN, Cl, Br, I, NO2, 1 내지 10의 탄소수를 갖는 알킬기 또는 알콕시기 등일 수 있다.
이어서, 상기 혼합용액에 방향족 디에시드 할라이드를 첨가하여 예비 중합체를 제조한다. 즉, 상기 방향족 디아민이 혼합된 혼합용액을 교반하면서 방향족 디에시드 할라이드를 소정량 첨가하여 반응시켜 예비 중합체를 제조할 수 있다.
한편, 예비 중합체 제조 공정에서 사용되는 방향족 디에시드 할라이드는 방향족 폴리아미드 중합체의 제조에 필요한 방향족 디에시드 할라이드의 전체량 중 20 ~ 50 몰%만을 예비중합공정 중에 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 방향족 디에시드 할라이드는 치환기가 있는 방향족 디에시드 할라이드 또는 치환기가 없는 방향족 디에시드 할라이드일 수 있다.
상기 치환기가 없는 방향족 디에시드 할라이드는 테레프탈로일 디클로라이드, 4,4′-벤조일 디클로라이드, 2,6-나프탈렌디카복실산 디클로라이드 또는 1,5-나프탈렌디카복실산 디클로라이드 등일 수 있다.
다음, 0 ~ 30℃의 온도 조건 하에서 예비 중합체에 방향족 디에시드 할라이드를 추가적으로 첨가함으로써 방향족 폴리아미드가 얻어진다.
중합공정에 의해 얻어지는 방향족 폴리아미드의 구체적인 예로는, 폴리파라페닐렌테레프탈아미드: PPDT), 폴리(4,4'-벤즈아닐라이드 테레프탈아미드), 폴리(파라페닐렌-4,4'-비페닐렌-디카복실산 아미드) 및 폴리(파라페닐렌-2,6-나프탈렌디카복실산 아미드)를 들 수 있다.
이어서, 중합반응 중에 생성된 산을 알칼리 화합물을 이용하여 중화시킨 후, 추출, 세정, 분쇄 및 건조 공정을 통해 최종적으로 방향족 폴리아미드를 완성한다. 이와 같이 제조된 방향족 폴리아미드는 강직한 분자 구조로 이루어짐에 따라 고강도 및 고내열성을 가지게 된다.
본 발명의 아라미드용 조성물은 위와 같이 제조된 방향족 폴리아미드 외에 상기 방향족 폴리아미드와 상호작용을 잘할 수 있는 축합 방향족 화합물을 더 포함한다.
상기 다환 방향족 화합물이 다수의 방향족 고리를 가짐에 따라 상기 방향족 폴리아미드를 구성하는 방향족 고리와 용이하게 상호작용을 할 수 있다. 즉, 상기 다환 방향족 화합물의 방향족 고리와 상기 방향족 폴리아미드의 방향족 고리는 유사한 구조를 가짐에 따라 파이-파이 상호작용을 용이하게 형성할 수 있게 된다. 이러한 파이-파이 상호작용에 의한 결합력 자체는 약하지만 상기 파이-파이 상호작용이 쌓일 경우 결합력이 커지게 된다.
이와 같이 파이-파이 상호작용을 잘할 수 있는 다환 방향족 화합물이 포함된 아라미드 제품은 파이-파이 상호작용에 의해 비결정 영역의 결점들이 줄어들기 때문에 물성이 크게 향상될 수 있다.
충분한 파이-파이 상호작용을 담보하기 위하여, 축합 방향족 화합물의 함량은 상기 방향족 폴리아미드 100 중량부 대비 0.01 중량부 이상이어야 한다.
한편, 본 발명에 따르면, 상기 축합 방향족 화합물의 함량은 상기 방향족 폴리아미드 100 중량부 대비 10 중량부 이하인 것이 바람직하다. 축합 방향족 화합물이 10 중량부를 초과할 경우에는 축합 방향족 화합물의 상분리로 인해 아라미드 제품의 강도가 오히려 떨어지기 때문이다.
상기 축합 방향족 화합물은 2 내지 10개의 방향족 고리를 가질 수 있다. 만일, 상기 축합 방향족 화합물이 2개 미만의 방향족 고리를 가질 경우 상기 방향족 폴리아미드와 상호작용이 약해질 수 있다. 반면 상기 축합 방향족 화합물이 10개를 초과한 방향족 고리를 가질 경우 상기 축합 방향족 화합물들 간에 자체적으로 상호작용을 하기 때문에 상기 방향족 폴리아미드와 상호작용이 약화될 수 있고, 상기 축합 방향족 화합물들이 방향족 폴리아미드의 비결정 영역에 고르게 분산되지 못함에 따라 결점의 획기적 감소를 기대할 수 없게 된다.
본 발명의 축합 방향족 화합물은 축합 다환 방향족 화합물(fused polycyclic aromatic compound) 및 축합 복소다환 방향족 화합물(fused heteropolycyclic aromatic compound) 중 적어도 하나이다.
상기 축합 다환 방향족 화합물은 나프탈렌(naphthalene), 안트라센(anthracene), 펜안트렌(phenanthrene), 및 이들의 유도체들 중 적어도 하나일 수 있고, 상기 축합 복소다환 방향족 화합물은 퀴놀린(quinoline), 아이소퀴놀린(isoquinoline), 인돌(indole), 퓨린(purine), 포르피린(porphyrin), 및 이들의 유도체들 중 적어도 하나일 수 있다.
본 발명의 축합 방향족 화합물은 상기 방향족 폴리아미드와 수소 결합을 할 수 있는 관능기를 포함할 수 있다. 즉, 본 발명의 축합 방향족 화합물은 방향족 폴리아미드의 아미드 결합을 구성하는 산소 및 질소와 수소 결합을 할 수 있는 관능기를 가질 수 있다. 수소 결합에 의한 결합력 자체는 그다지 크지 않을 수 있지만 이러한 수소 결합이 쌓일 경우 상호작용이 커지게 된다.
방향족 폴리아미드와 수소 결합을 할 수 있는 축합 방향족 화합물을 포함하는 본 발명의 아라미드 제품은 수소 결합을 통해 방향족 폴리아미드와 축합 방향족 화합물 사이에 우수한 상호작용이 이루어지기 때문에 비결정 영역의 결점 감소에 따라 인장 강도와 같은 물성이 크게 향상될 수 있다.
상기 관능기는 -COOH, -NH2, -OH, -SO3H, -SO2NH2, -CONH2, -SH, 및 -O-, -NH-, 또는 -S-를 포함하는 방향족 또는 지방족 유도체로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 이와 같은 관능기를 포함하는 축합 방향족 화합물은 상기 방향족 폴리아미드와 수소 결합 또는 이온 결합을 함으로써 아라미드 제품의 비결정 영역의 결점을 크게 감소시킬 수 있게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 축합 방향족 화합물은 하기 화학식으로 표시되는 다이옥소안트라센(dioxoanthracene) 유도체를 포함할 수 있다.
[화학식]
Figure pat00001
상기 R1 내지 R8 각각은 서로 독립적으로 수소원자; 치환 혹은 무치환의 알킬기(alkyl group); 치환 또는 무치환의 아릴기(aryl group); 치환 또는 무치환의 복소환기(heterocyclic group); 또는 상기 방향족 폴리아미드와 수소 결합을 할 수 있는 관능기일 수 있다.
바람직하게는, 상기 R1 내지 R8 중 적어도 하나는 방향족 폴리아미드와 수소 결합을 할 수 있는 관능기이고, 상기 관능기는 -COOH, -NH2, -OH, -SO3H, -SO2NH2, -CONH2, -SH, 및 -O-, -NH-, 또는 -S-를 포함하는 방향족 또는 지방족 유도체로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다.
이러한, 다이옥소안트라센 유도체는 3개의 축합된 고리들만을 가지고 있기 때문에 자체적으로 상호작용하는 것보다 방향족 폴리아미드와 상호작용을 잘할 수 있고 아라미드 제품의 비결정 영역에 쉽게 침투해 들어갈 수 있게 된다. 또한, 상기 다이옥소안트라센 유도체는 방향족 폴리아미드와 충분한 파이-파이 상호작용을 할 수 있기 때문에 아라미드 제품의 비결정 영역에서의 결점을 감소시키게 된다.
한편, 상기 다이옥소안트라센 유도체는 방향족 폴리아미드와 수소 결합을 할 수 있는 관능기 1 내지 8개를 포함함으로써 상기 방향족 폴리아미드와 충분한 수소 결합을 할 수 있기 때문에 방향족 폴리아미드와 큰 상호작용을 할 수 있고, 이에 따라 아라미드 제품의 비결정 영역의 결점을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 아라미드용 조성물을 이용하여 아라미드 제품을 제조하기 위하여, 상기 아라미드용 조성물이 용매에 용해될 필요가 있다. 상기 용매는 상기 방향족 폴리아미드와 상기 축합 방향족 화합물을 모두 용해시킬 수 있어야 한다.
상기 방향족 폴리아미드가 파라 구조를 가질 경우 95% 이상의 농황산이 용매로서 사용될 수 있다. 즉, 강직한 방향족 구조를 갖는 방향족 폴리아미드는 N-메틸-2-피롤리덴과 같은 통상의 유기 용매에 잘 녹지 않기 때문에 농황산이나 클로로 황산 또는 플루오로 황산과 같은 용매가 사용되어야 한다.
반면, 상기 방향족 폴리아미드가 메타 구조를 갖거나 유연한 단위체를 포함한 공중합물일 경우 통상의 유기 용매가 사용될 수 있다. 이러한 유기 용매로서 N-메틸-2-피롤리돈(NMP), N, N´-디메틸아세트아미드(DMAc), 헥사메틸포스포아미드(HMPA), N, N, N´, N´-테트라메틸 우레아(TMU), N, N-디메틸포름아미드(DMF) 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.
축합 방향족 화합물과 방향족 폴리아미드가 용매에 균일하게 용해되기 때문에, 이 용액으로부터 제조된 아라미드 제품은 방향족 폴리아미드에 고르게 분산된 축합 방향족 화합물을 가지게 된다. 그 결과, 방향족 폴리아미드와 축합 방향족 화합물이 우수한 상호작용을 하게 되고 인장 강도와 같은 아라미드 제품의 물성이 크게 향상된다.
다음, 본 발명의 실시예에 따른 아라미드 제품에 대해 상세히 설명한다.
본 발명의 아라미드 제품은 상술한 아라미드용 조성물을 이용하여 제조된다. 즉, 상술한 아라미드용 조성물을 적절한 용매에 용해시킴으로써 얻어진 용액을 몰드, 방사구금, 압출기, 또는 인출기와 같은 성형장치를 이용하여 소정의 형태를 갖도록 고화시킴으로써 아라미드 제품이 제조된다.
따라서, 본 발명의 아라미드 제품은 방향족 폴리아미드와, 상기 방향족 폴리아미드 사이에 분산된 축합 방향족 화합물을 포함한다.
상기 방향족 폴리아미드는 파라 타입의 방향족 폴리아미드일 수 있다. 파라 타입의 방향족 폴리아미드는, 직선 형태로 배열된 방향족 고리들을 갖기 때문에 상기 축합 방향족 화합물과 최대의 파이-파이 상호작용을 할 수 있고, 방향족 고리들이 아미드기를 통해 서로 연결되어 있기 때문에 축합 방향족 화합물과 수소결합을 할 수 있다. 따라서, 방향족 폴리아미드로서 파라 타입을 사용함으로써 아라미드 제품의 물성을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 방향족 폴리아미드는 메타 타입의 방향족 폴리아미드일 수 있다. 메타 타입의 방향족 폴리아미드도 방향족 고리들을 포함하고 상기 방향족 고리들이 아미드기를 통해 연결되어 있기 때문에 축합 방향족 화합물과 상호작용을 잘할 수 있고, 결과적으로 아라미드 제품의 물성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 아라미드 제품은 방향족 폴리아미드 및 축합 방향족 화합물이 용매에 균일하게 용해됨으로써 얻어진 용액을 이용하여 제조되기 때문에, 상기 아라미드 제품은 방향족 폴리아미드에 고르게 분산된 축합 방향족 화합물을 가지게 된다. 그 결과, 비결정 영역에서의 결점이 상당히 감소되고 아라미드 제품은 향상된 물성을 가질 수 있다.
본 발명의 아라미드 제품은 적용되는 분야에 따라 필름 형태, 판 형태, 봉 형태, 또는 구 형태를 가질 수 있다. 이하에서는 섬유 형태를 갖는 아라미드 제품, 즉 아라미드 섬유를 예로 들어 본 발명을 구체적으로 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 아라미드 섬유는 다음과 같은 공정을 통해 제조될 수 있다.
먼저, 본 발명의 아라미드용 조성물을 농황산에 용해시킴으로써 방사도프를 제조한다. 이어서, 상기 방사도프를 방사구금(spinneret)을 이용하여 방사(spinning)한다. 방사구금으로부터 압출된(squeezed out) 방사도프는 에어 갭(air gap) 및 응고액(coagulation liquid)을 순차적으로 통과하면서 응고되어 필라멘트(filament)가 된다.
상기 응고액을 담고 있는 응고조는 상기 방사구금의 하부에 위치한다. 상기 응고조의 하부에는 응고튜브가 제공되어 있고, 필라멘트는 상기 응고튜브를 통과하게 된다.
이어서, 얻어진 필라멘트에 잔존하는 황산을 제거한다. 방사도프의 제조에 농황산이 사용되기 때문에, 상술한 방사 공정에 의해 제조된 필라멘트에는 황산이 잔존할 수 있다. 필라멘트에 잔존하는 황산은 물, 또는 물과 알칼리 용액의 혼합용액을 이용한 수세공정을 통해 제거될 수 있다.
이어서, 건조 공정을 통해 상기 필라멘트의 수분 함량을 조절하고 필라멘트의 내부 구조를 안정화시키기 위해 열처리 공정을 수행한다.
이어서, 열처리된 필라멘트를 와인더에 장착된 지관에 감아 아라미드 섬유를 완성한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 아라미드 섬유는 방향족 폴리아미드 및 축합 방향족 화합물을 포함하되, 상기 축합 방향족 화합물의 함량은 상기 방향족 폴리아미드 100 중량부 대비 0.01 내지 10 중량부이다. 만일 상기 축합 방향족 화합물의 함량이 0.01 중량부 미만일 경우 아라미드 섬유의 비결정 영역에 존재하는 결점을 충분히 감소시키지 못하기 때문에 인장 강도의 향상을 기대할 수 없게 된다. 반면, 상기 축합 방향족 화합물의 함량이 10 중량부를 초과할 경우 축합 방향족 화합물의 함량이 과도해짐에 따라 결정 영역이 크게 감소함으로써 결정 영역의 감소라는 부정적 효과가 비결정 영역에서의 결점 감소라는 긍정적 효과를 능가하게 되고, 결과적으로 아라미드 섬유의 인장 강도 감소를 초래하게 된다.
본 발명의 아라미드 섬유에 포함된 방향족 폴리아미드는 파라 방향족 폴리아미드일 수 있다. 이 경우, 아라미드 섬유는 28 내지 35 g/d의 인장 강도(종래의 파라 방향족 폴리아미드 섬유 대비 8% 이상의 높음) 및 3.5 내지 4.0 %의 신도(종래 파라 방향족 폴리아미드 섬유 대비 3 % 이상 높음)를 가지게 된다. 이와 같이 우수한 인장 강도 및 신도를 갖는 본 발명의 아라미드 섬유는 방탄복, 방탄헬멧, 항공기 등 다양한 분야에 이용될 수 있다.
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 안 된다.
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 폴리아미드를 얻었다.
이렇게 얻은 방향족 폴리아미드에 N-(4-amino-3-methoxy-9,10-dioxoanthracen-1-yl)-4-methylbenzenesulfoamide를 첨가함으로써 아라미드용 조성물을 제조하였다. 상기 N-(4-amino-3-methoxy-9,10-dioxoanthracen-1-yl)-4-methylbenzenesulfoamide의 함량은 상기 방향족 폴리아미드 대비 1 중량%이었다. 제조된 아라미드용 조성물을 99%의 농도의 황산에 용해시켜 20 중량%의 방사도프를 제조하였다. 이어서, 상기 방사도프를 방사구금을 통해 방사한 후, 에어 갭을 통과시키고, 황산 수용액이 담겨져 있는 응고조 및 상기 응고조 하부의 응고튜브를 통과시키면서 응고시켜 필라멘트를 제조하였다.
필라멘트를 수세하여 잔존하는 황산을 제거하고, 필라멘트의 수분율이 5 중량%가 되도록 필라멘트를 건조롤에 감아 건조시켰다. 그 후, 상기 건조된 필라멘트를 와인더의 지관에 감아 최종적으로 아라미드 섬유를 제조하였다.
실시예 2
전술한 실시예 1에서, 상기 N-(4-amino-3-methoxy-9,10-dioxoanthracen-1-yl)-4-methylbenzenesulfoamide 대신 9-hydroxyanthracene을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 아라미드 섬유를 제조하였다.
실시예 3
전술한 실시예 1에서, 상기 N-(4-amino-3-methoxy-9,10-dioxoanthracen-1-yl)-4-methylbenzenesulfoamide 대신 2-hydroxynaphthalene을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 아라미드 섬유를 제조하였다.
실시예 4
전술한 실시예 1에서, 상기 N-(4-amino-3-methoxy-9,10-dioxoanthracen-1-yl)-4-methylbenzenesulfoamide 대신 인돌(indole)을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 방향족 폴리아미드 섬유를 제조하였다.
실시예 5
전술한 실시예 1에서, 상기 N-(4-amino-3-methoxy-9,10-dioxoanthracen-1-yl)-4-methylbenzenesulfoamide 대신 2-amino-6-oxypruine을 사용하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 아라미드 섬유를 제조하였다.
실시예 6 및 7
전술한 실시예 1에서, 상기 N-(4-amino-3-methoxy-9,10-dioxoanthracen-1-yl)-4-methylbenzenesulfoamide의 함량을 상기 방향족 폴리아미드 대비 각각 0.01 중량% 및 10 중량%로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 아라미드 섬유를 제조하였다.
비교예 1 및 2
전술한 실시예 1에서, 상기 N-(4-amino-3-methoxy-9,10-dioxoanthracen-1-yl)-4-methylbenzenesulfoamide의 함량을 상기 방향족 폴리아미드 대비 각각 0.005 중량% 및 15 중량%로 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 아라미드 섬유를 제조하였다.
비교예 3
전술한 실시예 1에서, 상기 N-(4-amino-3-methoxy-9,10-dioxoanthracen-1-yl)-4-methylbenzenesulfoamide를 첨가하지 않은 방사도프를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 아라미드 섬유를 제조하였다.
비교예 4
전술한 실시예 1에서, 상기 N-(4-amino-3-methoxy-9,10-dioxoanthracen-1-yl)-4-methylbenzenesulfoamide 대신 중량 평균 분자량이 50, 000 내지 80,000인 폴리비닐알콜을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법에 의해 아라미드 섬유를 제조하였다.
상술한 실시예 및 비교예에 따른 아라미드 섬유의 인장 강도 및 신도는 다음의 방법을 통해 측정되었고, 그 측정 결과를 표 1에 나타내었다.
아라미드 섬유의 인장 강도
ASTM D885 시험방법에 따라 아라미드 섬유의 인장 강도 및 신도를 측정하였다. 구체적으로는, 인스트론 시험기(Instron Engineering Corp, Canton, Mass)에서 길이가 25 ㎝인 아라미드 섬유가 파단될 때까지 인장시켜 아라미드 섬유의 인장 강도 및 신도를 구하였다. 이때, 인장속도는 300 ㎜/분으로 하였고, 초하중은 섬도 × 1/30g으로 하였다. 상기 인장 강도 및 신도는 5개의 샘플을 테스트한 후 그 평균값으로 구하였다.
구분 첨가제 첨가제함량(중량%) 인장 강도
(g/d)		 신도
(%)
실시예 1 N-(4-amino-3-methoxy-9,10-dioxoanthracen-1-yl)-4-methylbenzenesulfoamide 1 34 3.9
실시예 2 9-hydroxyanthracene 1 31 3.7
실시예 3 2-hydroxynaphthalene 1 32 3.8
실시예 4 인돌 1 29 3.5
실시예 5 2-amino-6-oxypruine 1 28 3.5
실시예 6 N-(4-amino-3-methoxy-9,10-dioxoanthracen-
1-yl)-4-methylbenzenesulfoamide		 0.01 29 3.5
실시예 7 N-(4-amino-3-methoxy-9,10-dioxoanthracen-1-yl)-4-methylbenzenesulfoamide 10 28 3.5
비교예 1 N-(4-amino-3-methoxy-9,10-dioxoanthracen-1-yl)-4-methylbenzenesulfoamide 0.005 24 3.3
비교예 2 N-(4-amino-3-methoxy-9,10-dioxoanthracen-1-yl)-4-methylbenzenesulfoamide 15 24 3.4
비교예 3 - - 23 3.2
비교예 4 PVA 1 21 3.1
위 표 1과 같이, 방향족 폴리아미드에 축합 방향족 화합물이 첨가됨으로써 얻어진 아라미드용 조성물을 이용하여 제조된 아라미드 섬유는 축합 방향족 화합물을 포함하지 않은 비교예 3 및 비교예 4의 섬유들에 비해 더 높은 인장 강도 및 신도를 가짐을 알 수 있다.
다만, 실시예 1, 실시예 6, 실시예 7, 비교예 1, 및 비교예 2를 참조하여 축합 방향족 화합물의 함량에 따른 방향족 폴리아미드 섬유의 인장 강도 및 신도를 살펴보면, 축합 방향족 화합물의 함량이 증가할수록 아라미드 섬유의 인장 강도 및 신도가 증가하다가 축합 방향족 화합물의 함량이 일정량을 넘으면 아라미드 섬유의 인장 강도 및 신도가 다시 감소함을 알 수 있다. 즉, 아라미드 섬유가 28 g/d 이상의 인장 강도 및 3.5% 이상의 신도를 가지기 위해서는 축합 방향족 화합물의 함량이 방향족 폴리아미드 대비 0.01 내지 10 중량%이어야 함을 알 수 있다. 바꾸어 말하면, 축합 방향족 화합물의 함량은 방향족 폴리아미드 100 중량부 대비 0.01 내지 10 중량부이어야 한다.

Claims (13)

  1. 방향족 폴리아미드(aromatic polyamide); 및
    축합 방향족 화합물(fused aromatic compound)을 포함하되,
    상기 축합 방향족 화합물의 함량은 상기 방향족 폴리아미드 100 중량부 대비 0.01 내지 10 중량부인 것을 특징으로 하는 아라미드용 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 축합 방향족 화합물은 2 내지 10 개의 축합된 고리들을 갖는 것을 특징으로 하는 아라미드용 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 축합 방향족 화합물은 축합 다환 방향족 화합물(fused polycyclic aromatic compound) 및 축합 복소다환 방향족 화합물(fused heteropolycyclic aromatic compound) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 아라미드용 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 축합 방향족 화합물은 나프탈렌(naphthalene), 안트라센(anthracene), 펜안트렌(phenanthrene), 및 이들의 유도체들 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 아라미드용 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 축합 방향족 화합물은 퀴놀린(quinoline), 아이소퀴놀린(isoquinoline), 인돌(indole), 퓨린(purine), 포르피린(porphyrin), 및 이들의 유도체들 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 아라미용 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 축합 방향족 화합물은 상기 방향족 폴리아미드와 수소 결합을 할 수 있는 관능기를 포함하는 것을 특징으로 하는 아라미드용 조성물.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 관능기는 -COOH, -NH2, -OH, -SO3H, -SO2NH2, -CONH2, -SH, 및 -O-, -NH-, 또는 -S-를 포함하는 방향족 또는 지방족 유도체로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 아라미드용 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 축합 방향족 화합물은 하기 일반식 1로 표시되는 다이옥소안트라센(dioxoanthracene) 유도체를 포함하는 것을 특징으로 하는 아라미드용 조성물:
    [일반식 1]
    Figure pat00002

    상기 R1 내지 R8 각각은 서로 독립적으로 수소원자; 치환 혹은 무치환의 알킬기(alkyl group); 치환 또는 무치환의 아릴기(aryl group); 치환 또는 무치환의 복소환기(heterocyclic group); 또는 상기 방향족 폴리아미드와 수소 결합을 할 수 있는 관능기인 것을 특징으로 하는 아라미드용 조성물.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 R1 내지 R8 중 적어도 하나는 상기 관능기이고,
    상기 관능기는 -COOH, -NH2, -OH, -SO3H, -SO2NH2, -CONH2, -SH, 및 -O-, -NH-, 또는 -S-를 포함하는 방향족 또는 지방족 유도체로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 아라미드용 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 방향족 폴리아미드는 파라 방향족 폴리아미드인 것을 특징으로 하는 아라미드용 조성물.
  11. 방향족 폴리아미드; 및
    상기 방향족 폴리아미드 사이에 분산되어 있는 축합 방향족 화합물을 포함하되,
    상기 축합 방향족 화합물의 함량은 상기 방향족 폴리아미드 100 중량부 대비 0.01 내지 10 중량부인 것을 특징으로 하는 아라미드 제품.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 아라미드 제품은 섬유 형태를 갖고,
    상기 섬유 형태의 아라미드 제품은 28 내지 35 g/d의 인장 강도 및 3.5 내지 4.0 %의 신도를 갖는 것을 특징으로 하는 아라미드 제품.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 아라미드 제품은 필름 형태, 판 형태, 봉 형태, 및 구 형태 중 어느 하나의 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 아라미드 제품.
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