KR20130133351A

KR20130133351A - 원착 아라미드 스테이플 및 그의 제조방법

Info

Publication number: KR20130133351A
Application number: KR1020120056513A
Authority: KR
Inventors: 여상영; 이범훈
Original assignee: 코오롱인더스트리 주식회사
Priority date: 2012-05-29
Filing date: 2012-05-29
Publication date: 2013-12-09
Also published as: KR101856651B1

Abstract

본 발명은 검은색 안료 및 검은색 염료 중에서 선택된 1종 이상의 착색물질을 포함하는 전방향족 폴리아미드 중합체로 구성되며, 햇볕에 3주동안 노출시 색차(ΔE) 값이 0.5 이하인 원착 아라미드 스테이플 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 원착 아라미드 스테이플은 장시간 햇볕에 노출시에도 변색이 전혀 안되어 모터복, 스키복, 경정복 등과 같은 보호복과 장갑 등의 외피용 소재로 유용하다.

Description

원착 아라미드 스테이플 및 그의 제조방법{Dope dyed aramid staple and process of manufacturing the same}

본 발명은 원착 아라미드 스테이플(staple) 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 검은색 착색물질로 원착되어 장시간 햇볕에 노출시에도 변색이 전혀 없는 원착 아라미드 스테이플 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 아라미드 섬유로 통칭되는 방향족 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 있다.

이러한 아라미드 섬유는 내열성, 난연성, 내약품성, 강도 등이 우수하여, 소방복, 방호복, 안전 장갑 등에 많이 사용되어 왔지만, 강고한 분자구조와 결정성이 높아 치밀한 구조를 가짐에 따라 염색이 원활하게 이루어지지 않아 다양한 색상을 얻을 수 없고 벌키성이 떨어져 촉감이 좋지 않으며 탄성력이 떨어져 착용시 활동성에 많은 제약을 받는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하고자 제조된 아라미드 필라멘트들이 합쳐 토우를 만든 후 이에 권축(crimp)을 부여한 후 일정한 길이로 절단하여 제조한 아라미드 스테이플에 대한 기술이 제안되었다.

그러나, 종래의 아라미드 스테이플은 자외선에 약하기 때문에 장시간 햇볕에 노출시 색차(ΔE)가 심하게 변하여 모터복, 스키복, 경정복 등과 같은 보호복이나 장갑 등의 외피용 소재로 사용하는 데는 어려움이 있었다.

본 발명의 과제는 햇볕에 장시간 노출시에도 색차(ΔE) 변화가 전혀 없어서 보호복이나 장갑 등의 외피용 소재로 유용한 원착 아라미드 스테이플(staple) 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.

이와 같은 과제를 달성하기 위해서 본 발명에서는 전방향족 폴리아미드 중합체를 농황산 용매에 용해시킨 방사도프를 구금을 통해 방사, 응고, 수세 및 건조하여 전방향족 폴리아미드 필라멘트를 제조한 다음 상기 전방향족 폴리아미드 필라멘트를 합쳐 토우(Tow)를 만든 다음 상기 토우에 권축을 부여한 후 일정길이로 절단하여 아라미드 스테이플을 제조할때 상기 방사도프에 검은색 안료 및 검은색 염료 중에서 선택된 1종 이상의 착색물질을 첨가하여 원착 아라미드 스테이플(staple)를 제조한다.

본 발명에 따른 원착 아라미드 스테이플은 장시간 햇볕에 노출시에도 변색이 전혀 안되어 모터복, 스키복, 경정복 등과 같은 보호복과 장갑 등의 외피용 소재로 유용하다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명에 따른 원착 아라미드 스테이플(staple)는 검은색 안료 및 검은색 염료 중에서 선택된 1종 이상의 착색물질을 포함하는 전방향족 폴리아미드 중합체로 구성되며, 햇볕에 3주동안 노출시 하기식(Ⅰ)으로 계산되는 색차(ΔE) 값이 0.5 이하인 것을 특징으로 한다.

………… (Ⅰ)

[상기식에서, L은 색차계(cromater CR-Ⅱ:미놀타 제품)로 측정한 명도지수이고, a는 순도지수이고, b는 명암지수이다.]

색차계(Cromater CR-Ⅱ: 미놀타 회사 제품)를 샘플인 원착 아라미드 스테이플에 대고 카메라를 찍으면 센서를 통해 읽는 색상 데이터를 마이크로컴퓨터를 통하여 L(명도지수), a(순도지수), b(명암지수)로 나누어 치수가 색차계에 나타나게 되며, 상기 색차는 상기 L값, a값, b값을 상기 식(Ⅰ)에 대입하여 계산한다.

상기 색차(ΔE) 값이 1.5~3.0이면 햇볕에 노출로 인한 변색을 감지할 수 있는 수준임을 나타낸다.

본 발명에 따른 원착 아라미드 스테이플은 상기 명도지수 L은 20~30이고, 순도지수인 a는 5~10이고, 명암지수인 b는 -5~+5인이다.

이에 반해 일반 아라미드 스테이플은 명도지수 L은 85~90이고, 순도지수 a는 -10~0이고, 명암지수 b는 25~35이다.

또한, 본 발명에 따른 원착 아라미드 스테이플은 선밀도가 0.5~5.0데니어이고, 길이가 30~120㎜이고, 권축수가 4~15개/인치인 것이 바람직하다.

권축수가 4 개/인치 미만일 경우에는 섬유 간의 기계적 결합력이 약하기 때문에 일련의 공정들, 예를 들어 소면(carding), 연조(drawing), 조방(roving), 정방(spinning) 등의 공정들을 거치면서 최종적으로 제조된 방적사의 강력이 저하되는 문제가 있다. 반면, 권축수가 15 개/인치를 초과할 경우, 권축 탄성으로 인하여 방적사의 수축성이 커지고 실의 균제도(uniformity)가 저하되는 문제점이 있다.

다음으로는, 본 발명에 따른 원착 아라미드 스테이플(staple)의 제조방법에 대하여 살펴본다.

본 발명은 전방향족 폴리아미드 중합체를 농황산 용매에 용해시킨 방사도프를 구금을 통해 방사, 응고, 수세 및 건조하여 전방향족 폴리아미드 필라멘트를 제조한 다음 상기 전방향족 폴리아미드 필라멘트를 합쳐 토우(Tow)를 만든 다음 상기 토우에 권축을 부여한 후 일정길이로 절단하여 아라미드 스테이플을 제조할때 상기 방사도프에 검은색 안료 및 검은색 염료 중에서 선택된 1종 이상의 착색물질을 첨가하는 것을 특징으로 한다.

이때, 방사도프내 착색물질의 첨가량이 방사도프내 전방향족 폴리아미드 중합체 100 중량부 대비 0.01 내지 10 중량부인 것이 바람직하다.

이하에서는 본 발명의 원착 아라미드 스테이플을 제조하는 방법의 실시예를 구체적으로 설명한다.

5.0 내지 7.0의 고유점도(IV)를 갖는 방향족 폴리아미드 중합체, 예를 들어 폴리 파라-페닐렌테레프탈아미드(PPD-T)를 농황산 용매에 용해시킴으로써 제조된 방사 도프(spinning dope)에 앞에서 설명한 착색물질을 첨가한 후, 착색물질이 첨가된 방사도프를 방사구금(spinneret)을 이용하여 방사(spinning)한 후 에어 갭(air gap)을 거쳐 응고조(coagulation bath) 내에서 응고시킴으로써 원착 아라미드 필라멘트(filament)를 형성한다.

이어서, 얻어진 원착 아라미드 필라멘트에 잔존하는 황산을 제거한다. 필라멘트에 잔존하는 황산은 물, 또는 물과 알칼리 용액의 혼합용액을 이용한 수세공정을 통해 제거될 수 있다.

이어서, 원착 아라미드 필라멘트에 잔류하는 수분을 제거하기 위한 건조공정이 건조롤에서 수행되고, 건조가 완료된 원착 아라미드 필라멘트를 합쳐서 다발 형태의 토우(Tow)를 제조한다.

이어서, 상기와 같이 제조된 토우(Tow)를 열처리 한 후, 열처리된 토우(Tow)에 권축을 부여한 다음, 일정한 길이로 절단하여 원착 아라미드 스테이플(staple)를 제조한다.

이하, 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 살펴본다. 그러나 본 발명의 보호범위는 후술하는 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

방향족 폴리아미드 중합체를 100%의 황산용매에 용해시켜 고유점도(Ⅳ)가 5.5인 방사도프를 제조한 다음, 상기 방사도프 내에 폴리아미드 중합체 100 중량부 대비 0.5 중량부의 검은색 안료를 첨가하였다.

다음으로, 검은색 안료가 첨가된 상기 방사도프를 방사구금을 통해 방사한 후 에어갭을 거쳐 응고 및 건조시킨 후 건조가 완료된 1.5데니어의 원착 아라미드 필라멘트들을 합쳐서 다발 형태의 토우(Tow)를 제조하였다.

다음으로, 상기 토우를 열처리한 후 8개/인치의 권축을 부여한 후 40㎝의 길이로 절단하여 원착 아라미드 스테이플(Staple)를 제조하였다.

제조된 원착 아라미드 스테이플의 색상특성을 측정한 결과는 표 2와 같았다.

실시예 2 ~ 실시예 4

착색물질의 종류 및 첨가량을 표 1과 같이 변경한 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 공정으로 원착 아라미드 스테이플을 제조하였다.

제조된 원착 아라미드 스테이플의 색상특성을 측정한 결과는 표 1과 같다.

비교실시예 1

방사도프에 착색물질을 첨가하지 않는 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 공정으로 아라미드 스테이플을 제조하였다.

제조된 아라미드 스테이플의 색상특성을 측정한 결과는 표 1과 같았다.

제조조건

구분	착색물질 종류	첨가량(중량부)
실시예 1	검은색 안료	0.5
실시예 2	검은색 안료	1.5
실시예 3	검은색 염료	3.5
살사예 4	검은색 염료	5.5
비교실시예 1	-	0

원착 아라미드 스테이플의 색상특성

구분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	비교실시예 1
햇볕에 3주간 노출시 색차 (△E) 값	0.45	0.42	0.40	0.38	7.4
L 값	28	27	25	24	88
a 값	8.9	8.2	7.3	6.9	-5
b 값	+1	-1	-3	-4	30

Claims

검은색 안료 및 검은색 염료 중에서 선택된 1종 이상의 착색물질을 포함하는 전방향족 폴리아미드 중합체로 구성되며, 햇볕에 3주동안 노출시 하기식(Ⅰ)으로 계산되는 색차(ΔE) 값이 0.5 이하인 것을 특징으로 하는 원착 아라미드 스테이플.

………… (Ⅰ)
[상기식에서, L은 색차계(cromater CR-Ⅱ:미놀타 제품)로 측정한 명도지수이고, a는 순도지수이고, b는 명암지수이다.]
제1항에 있어서, 명도지수 L은 20~30이고, 순도지수인 a는 5~10이고, 명암지수인 b는 -5~+5인 것을 특징으로 하는 원착 아라미드 스테이플.
제1항에 있어서, 선밀도가 0.5~5.0데니어이고, 길이가 30~120㎜이고, 권축수가 4~15개/인치인 것을 특징으로 하는 원착 아라미드 스테이플.
전방향족 폴리아미드 중합체를 농황산 용매에 용해시킨 방사도프를 구금을 통해 방사, 응고, 수세 및 건조하여 전방향족 폴리아미드 필라멘트를 제조한 다음 상기 전방향족 폴리아미드 필라멘트를 합쳐 토우(Tow)를 만든 다음 상기 토우에 권축을 부여한 후 일정길이로 절단하여 아라미드 스테이플을 제조함에 있어서, 상기 방사도프에 검은색 안료 및 검은색 염료 중에서 선택된 1종 이상의 착색물질을 첨가하는 것을 특징으로 하는 원착 아라미드 스테이플의 제조방법.
제4항에 있어서, 방사도프내 착색물질의 첨가량이 방사도프내 전방향족 폴리아미드 중합체 100중량부 대비 0.01 내지 10중량부인 것을 특징으로 하는 원착 아라미드 스테이플의 제조방법.