KR20140135189A - 폴리올레핀 섬유 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 섬유체를 형성하는 폴리올레핀 중합체를 포함하는 겔-방적된 섬유로서, 안정화제가 상기 섬유체 내부에 존재하고, 상기 안정화제의 양이 상기 섬유체를 형성하는 폴리올레핀 중합체의 100 중량부를 기준으로 0.001 내지 10 중량부이고, 상기 안정화제가 카본 블랙인 것을 특징으로 하는 섬유에 관한 것이다.

Description

폴리올레핀 섬유{POLYOLEFIN FIBER}
본 발명은 적합한 안정성, 특히 만족스러운 자외선(UV) 안정성을 갖는 겔-방적된 폴리올레핀(PO) 섬유; 예를 들면 로프, 낚싯줄 및 어망에서 상기 섬유의 용도; 및 상기 섬유의 제조 방법에 관한 것이다.
겔-방적된 PO 섬유, 특히 겔-방적된 고 성능 폴리에틸렌(high performance polyethylene: HPPE) 섬유는 다양한 환경, 특히 자외선에 노출되는 경우 일반적으로 비교적 안정한 것으로 여겨진다. 그러나, 특정한 상황하에서, 겔-방적된 PO 섬유는 강인성(tenacity)의 손실을 나타내어, 감소된 수명을 유발할 수 있다. 이러한 상황은 특히 상기 섬유가 로프, 낚싯줄 또는 어망, 건축학적 구조에서, 또는 선박 및 항공기에서 사용되는 하역망, 끈 및 구속대에서 사용되는 경우 발생할 수 있다.
겔-방적된 PO 섬유를 안정화시키는 한 가지 방법은 유럽 특허 제 0 343 863 호에 공지되어 있고, 여기서는 초고분자량 폴리올레핀(ultrahigh molecular weight polyolefin: UHMWPO), 희석제 및 페놀계 안정화제를 특정 비율로 포함하는 조성물을 방적함으로써 섬유를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 임의의 실험 데이터에 의해 입증되지 않았지만, 이 문헌에 따르면, 제조된 겔-방적된 UHMWPO 섬유는 성형 동안 우수한 열 안정성 및 장기간 열 안정성을 갖는다. 페놀계 안정화제 외에도, 상기 섬유를 방적하는데 사용되는 조성물은 또한 유기 포스파이트 안정화제, 유기 티오에터 안정화제, 장애 아민 안정화제 및/또는 고급 지방산의 금속 염을 포함할 수 있다. 유럽 특허 제 0 343 863 호에 개시된 상기 겔-방적된 UHMWPO 섬유를 제조하는 방법은 상기 언급한 안정화제 중 하나 이상 및 UHMWPO에 적합한 희석제를 함유하는 UHMWPO 용액을 방적돌기를 통해 방적하여 UHMWPO 필라멘트를 수득하고, 이어서 상기 필라멘트를 추출 공정에 가해서, 여기서 희석제를 제 2 희석제의 도움으로 추출하는 방법이다.
그러나, 비록 섬유를 제조하는데 사용되는 조성물이 비교적 다량, 예컨대 UHMWPO 총량 100 중량부를 기준으로 0.005 내지 5 중량부의 안정화제를 함유하였지만, 유럽 특허 제 0 343 863 호에 개시된 방법을 수행한 후 섬유에 남아있는 안정화제의 양이 급격히 감소되었음이 관찰되었다. 대부분의 경우, 겔-방적된 UHMWPO 섬유에 남아있는 안정화제의 양은 매우 적으므로 상기 섬유의 안정화는 만약 존재하더라도 거의 나타나지 않는 것으로 관찰되었다.
따라서, 최적으로 안정화되는 겔-방적된 PO 섬유에 대한 요구가 존재한다. 따라서, 본 발명의 목적은 상기 섬유 및 이를 제조하는 방법뿐만 아니라 이를 함유하는 제품을 제공하는 것이다.
본 발명은, 섬유체를 형성하는 폴리올레핀 중합체를 포함하는 겔-방적된 섬유로서, 안정화제가 상기 섬유체 내부에 존재하고, 상기 안정화제의 양이 상기 섬유체를 형성하는 폴리올레핀 중합체 100 중량부를 기준으로 0.001 내지 10 중량부이고, 상기 안정화제가 카본 블랙인 것을 특징으로 하는 섬유를 제공한다.
본 발명자들의 지식으로, 본 발명에 따르는 것과 같은 겔-방적된 PO 섬유는 지금까지 결코 제조된 적이 없었다. 비록 안정화제를 함유하는 공지된 겔-방적된 PO 섬유가 이미 보고되었지만, 그 내부에 존재하는 안정화제의 양은 특히 연장된 기간에 대하여 너무 적어 효과적이지 않았다. 특히, 본 발명자들은 다량의 안정화제를 포함하는 조성물을 사용할지라도, 제조 방법의 말미에서 섬유에 상기 양이 거의 남아있지 않음을 처음으로 알아차렸다.
또한, 놀랍게도, 본 발명에 의해 카본 블랙의 섬유체 내의 혼입이 효과적으로 이루어짐을 발견하였다. 게다가, 상기 카본 블랙은 열화, 특히 자외선 열화로부터 섬유를 최적으로 보호하면서, 그의 기계적 특성, 예컨대 인장 강도에 허용가능한 영향을 미친다.
도 1은 시간 단위로 표시되는 특정 시간 동안 자외선에 노출된 섬유의 인장 강도 보유율(단위: %)의 변화를 나타낸다.
도 2는 도 1에서와 동일한 시간 동안 자외선에 노출된 섬유의 인장 강도(단위: cN/dtex)의 변화를 나타낸다.
본 발명에 있어서, 섬유는 그의 횡단 치수, 예컨대 폭 및 두께보다 훨씬 더 큰 길이 치수를 갖는 무한 길이의 신장된 물체를 의미하는 것으로 이해된다. 또한, 용어 "섬유"는 모노필라멘트, 리본, 스트립 또는 테이프 등을 포함할 수 있고, 규칙적이거나 불규칙적인 단면을 가질 수 있다. 섬유는 필라멘트로서 당해 분야에 공지된 연속 길이 또는 스테이플 섬유로서 당해 분야에 공지된 불연속 길이를 가질 수 있다. 본 발명에 따른 얀(yarn)은 복수개의 섬유를 포함하는 신장된 물체이다.
본원에서 겔-방적된 섬유는 중합체 및 상기 중합체용 용매를 포함하는 용액을 방적하여 제조되는 섬유로 이해된다. 용액의 방적은 상기 용액을 하나 이상의 방적 틈을 함유하는 방적돌기를 통해 압출함으로써 수행될 수 있다. 달리 나타내지 않는 한, 용어 "섬유" 및 "겔-방적된 섬유"는 본 발명을 기술하는데 있어서 호환적으로 사용된다. 폴리올레핀, 및 증발에 의해 섬유로부터 추출될 수 있는 폴리올레핀용 용매, 예를 들면 나프텐, 예컨대 데칼린, 테트랄린 또는 메틸사이클로헥산을 함유하는 용액으로부터 방적되는 겔-방적된 섬유가 특히 바람직하다. 상기 섬유에 대하여 안정화제의 혼입이 보다 최적으로 달성됨을 관찰하였다.
바람직하게는, 본 발명의 겔-방적된 섬유는 고 성능 겔-방적된 섬유, 즉 1.5 N/tex 이상, 바람직하게는 2.0 N/tex 이상, 보다 바람직하게는 2.5 N/tex 이상 또는 심지어 3.0 N/tex 이상의 강인성을 갖는 섬유이다. 섬유의 강인성의 상한을 제한할 필요는 없지만, 전형적으로 약 5 내지 6 N/tex 이하의 강인성을 갖는 섬유가 제조될 수 있다. 일반적으로, 상기 고 강도 겔-방적된 섬유는 또한 높은 인장 모듈러스, 예컨대 50 N/tex 이상, 바람직하게는 75 N/tex 이상, 보다 바람직하게는 100 N/tex 이상, 가장 바람직하게는 125 N/tex 이상을 갖는다. 인장 강도는 또한 단순히 강도로서 지칭되고, 섬유의 강인성 및 모듈러스는 ASTM D885M에 의거한 방법과 같이 공지된 방법에 의해 결정될 수 있다.
본 발명에 따른 얀은 바람직하게는 5 dtex 이상, 보다 바람직하게는 10 dtex 이상의 타이터(titer)를 갖는다. 실용적인 이유로, 본 발명의 얀의 타이터는 수천 dtex 이하, 바람직하게는 2500 dtex 이하, 보다 바람직하게는 2000 dtex 이하이다. 본 발명에 따른 복수개의 섬유를 함유하는 얀은 바람직하게는 0.1 내지 50 dtex 범위, 바람직하게는 0.5 내지 20 dtex 범위의 섬유 당 타이터를 갖는다. 또한, 얀의 타이터는 예를 들면 20 내지 수천 dtex로 광범위하게 달라질 수 있지만, 바람직하게는 약 30 내지 4000 dtex, 보다 바람직하게는 40 내지 3000 dtex 범위이다.
본 발명에 따라 바람직하게 사용되는 PO는 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌이고, 보다 바람직하게는 초고분자량 폴리에틸렌(ultrahigh molecular weight polyethylene: UHMWPE)이다. 본원에서 UHMWPE는 135 ℃에서 데칼린 중의 용액에서 측정되는 고유 점도(IV)가 5 dl/g 이상인 폴리에틸렌으로 이해된다. 바람직하게는, UHMWPE의 고유 점도는 10 dl/g 이상, 보다 바람직하게는 15 dl/g 이상, 가장 바람직하게는 21 dl/g 이상이다. 바람직하게는, 고유 점도는 40 dl/g 이하, 보다 바람직하게는 30 dl/g 이하, 보다 더 바람직하게는 25 dl/g 이하이다.
본 발명에 따르면, 카본 블랙은 섬유체 내부에 존재한다. 카본 블랙의 양은 섬유체를 형성하는 폴리올레핀 중합체 100 중량부를 기준으로 바람직하게는 0.01 중량부 이상, 보다 바람직하게는 0.05 중량부 이상, 보다 더 바람직하게는 0.1 중량부 이상이다. 바람직하게는, 카본 블랙의 양은 섬유체를 형성하는 폴리올레핀 중합체 100 중량부를 기준으로 10 중량부 이하, 보다 바람직하게는 8 중량부 이하, 보다 더 바람직하게는 6 중량부 이하, 보다 더 바람직하게는 5 중량부 이하, 가장 바람직하게는 3 중량부 이하이다. 바람직한 실시양태에서, 카본 블랙의 양은 섬유체를 형성하는 폴리올레핀 중합체 100 중량부를 기준으로 0.01 내지 5 중량부, 보다 바람직하게는 0.05 내지 1 중량부이다.
본원에서 카본 블랙은 탄소 90 중량% 이상, 보다 바람직하게는 95 중량% 이상, 가장 바람직하게는 98 중량% 이상을 포함하는 조성물로 이해된다. 이러한 조성물은 시판되고, 통상적으로 석유 생성물, 예컨대 기체 또는 액체 탄화수소의 산소-환원된 대기중 연소에 의해 제조된다. 이러한 조성물은 통상적으로 입자 형태, 가장 흔히 콜로이드성 입자 형태로 존재한다. 이러한 조성물의 나머지 중량%는 통상적으로 다양한 금속, 예컨대 안티몬, 비소, 바륨, 카드뮴, 크롬, 납, 수은, 니켈, 셀렌, 아연 등으로 구성된다. 카본 블랙은 ASTM D3849-07(2011)에 의해 측정시 바람직하게는 5 nm 이상, 보다 바람직하게는 10 nm 이상, 가장 바람직하게는 15 nm 이상의 평균 입자 크기를 갖는다. 상기 평균 입자 크기는 바람직하게는 100 nm 이하, 보다 바람직하게는 75 nm 이하, 가장 바람직하게는 50 nm 이하이다. 카본 블랙은 ASTM D6556-10에 의해 측정시 바람직하게는 50 m2/g 이상, 보다 바람직하게는 80 m2/g 이상, 보다 더 바람직하게는 105 m2/g 이상, 가장 바람직하게는 120 m2/g 이상의 BET-표면을 갖는다. 상기 BET-표면은 바람직하게는 500 m2/g 이하, 보다 바람직하게는 350 m2/g 이하, 가장 바람직하게는 250 m2/g 이하이다.
또한, 본 발명은 본 발명의 섬유를 제조하기 위한 겔-방적 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 적어도 (a) PO, 카본 블랙 및 PO에 적합한 용매를 포함하는 용액을 제조하는 단계, (b) 상기 용액을 방적돌기를 통해 압출하여 상기 PO, 상기 카본 블랙 및 상기 PO에 적합한 용매를 함유하는 겔 섬유를 수득하는 단계, 및 (c) 겔 섬유로부터 용매를 증발시켜 추출하여 고체 섬유를 수득하는 단계를 포함한다. 바람직하게는, PO는 UHMWPE이고, 용매는 데칼린 또는 그의 유도체이다. 바람직한 양태에서, 단계 (a)는 (a1) 제 1 PO 및 카본 블랙을 함유하는 혼합물을 제공하는 단계 및 (a2) 제 2 PO, 단계 (a1)의 혼합물, 및 제 1 및 제 2 PO 둘다에 적합한 용매를 포함하는 용액을 제조하는 단계를 포함하되, 상기 제 1 PO는 제 2 PO보다 낮은 분자량을 갖는다. 단계 (a1)의 혼합물 중의 카본 블랙의 양은 혼합물 총 중량을 기준으로 바람직하게는 10 내지 95 중량%, 보다 바람직하게는 25 내지 80 중량%, 가장 바람직하게는 35 내지 65 중량%이다. 단계 (a) 또는 (a2)의 용액 중의 카본 블랙의 양은 용액 총 중량을 기준으로 바람직하게는 1 중량% 이상, 보다 바람직하게는 2 중량% 이상, 가장 바람직하게는 3 중량% 이상이다. 단계 (a1)의 혼합물 중의 제 1 PO는 저분자량 PO인 것이 바람직한 바, 단계 (a) 또는 (a2)에 사용된 제 2 PO의 분자량의 50 % 이하, 보다 바람직하게는 40 % 이하, 가장 바람직하게는 30 % 이하이다. 상기 제 1 PO는 바람직하게는 저분자량 폴리에틸렌, 보다 바람직하게는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)이고, 상기 제 2 PO는 UHMWPE이고 용매는 데칼린이다. 또한, 겔-방적 방법은 겔 섬유 및/또는 고체 섬유가 특정 인발 비율로 인발되는 인발 단계를 임의적으로 함유할 수 있다. 겔-방적 방법은 당해 분야에 공지되어 있고, 예를 들면 국제 특허 출원 공개 제 2005/066400 호, 제 2005/066401 호, 제 2009/043598 호, 제 2009/043597 호, 제 2008/131925 호, 제 2009/124762 호, 유럽 특허 출원 공개 제 0205960 A 호, 제 0213208 A1 호, 미국 특허 제 4413110 호, 영국 특허 출원 공개 제 2042414 A 호, 제 A-2051667 호, 유럽 특허 제 0200547 B1 호, 제 0472114 B1 호, 국제 특허 출원 공개 제 2001/73173 A1 호, 유럽 특허 제 1 699 954 호 및 문헌["Advanced Fibre Spinning Technology ", Ed. T. Nakajima, Woodhead Publ. Ltd (1994), ISBN 185573 182 7]에 개시되어 있고, 이들 공보 및 그 안에서 인용된 문헌은 본원에 참고로 인용된다.
추가의 양태에서, 본 발명은 섬유체를 형성하는 중합체를 포함하는 섬유로서, 카본 블랙이 상기 섬유체 내부에 존재하고, 상기 섬유가 ISO 4982-2에 기재된 방법에 따라 2000 시간 이상 동안 자외선 노출 후 50 % 이상의 인장 강도 보유율을 갖는 것을 특징으로 하는 섬유에 관한 것이다. ISO 4982-2의 특정 조건은 본원에서 하기 측정 방법 단락에서 상세하게 기재된다. 바람직하게는, 상기 섬유는 60 % 이상, 보다 바람직하게는 80 % 이상, 보다 더 바람직하게는 100 % 이상, 가장 바람직하게는 105 % 이상의 강도 보유율을 갖는다. 본 발명의 섬유는 바람직하게는 완전 인발 섬유이다. 놀랍게도, 본 발명의 섬유, 특히 본 발명의 완전 인발 섬유가 자외선으로 처리되거나 노출된 후 그의 인장 강도가 증가하는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 강도 보유율이란 용어는 자외선 노출 후 섬유의 인장 강도가 상기 섬유의 초기 인장 강도, 즉 자외선 노출 전 인장 강도보다 낮은 것을 통상적으로 의미하지만, 본 발명에 따르면 상기 자외선 노출 후 인장 강도가 상기 초기 인장 강도보다 높은 것을 배제하지 않는다. 강도 보유율은 노출 후 바람직하게는 2500 시간 이상, 보다 바람직하게는 3000 시간 이상이다. 바람직하게는, 카본 블랙의 양은 상기 섬유체를 형성하는 중합체 100 중량부를 기준으로 0.001 내지 10 중량부이다. 상기 중합체는 바람직하게는 폴리올레핀, 보다 바람직하게는 UHMWPE이다. 상기 섬유는 바람직하게는 겔-방적된 섬유, 보다 바람직하게는 겔-방적된 폴리올레핀 섬유, 가장 바람직하게는 겔-방적된 UHMWPE 섬유이다.
또한, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 섬유의 강도 증가 방법에 관한 것이다:
(i) 카본 블랙을 포함하는 완전 인발 중합체 섬유를 제공하는 단계; 및
(ii) ISO 4982-2에 기재된 방법에 따라 2000 시간 이상 동안 자외선에 상기 섬유를 노출시키는 단계.
본 발명의 방법에 사용되는 섬유의 바람직한 양태는 본 발명의 섬유와 관련하여 상기 제시된 것이다.
또한, 본 발명은 섬유체를 포함하는 섬유에 관한 것으로서, 상기 섬유체는 UHMWPE로부터 제조되고 5 dl/g 이상의 초기 고유 점도를 갖고, 상기 섬유체는 카본 블랙을 추가로 포함하고, 상기 섬유를 ISO 4982-2에 기재된 방법에 따라 1400 시간 이상 동안 자외선에 노출시킨 후 상기 섬유체를 형성하는 UHMWPE의 고유 점도는 상기 섬유체를 제조하는데 사용되는 UHMWPE의 초기 고유 점도의 60 % 이상이다. ISO 4982-2의 특정 조건은 본원에서 하기 측정 방법 단락에서 상세하게 기재된다. 바람직하게는, 상기 섬유체를 형성하는 UHMWPE의 고유 점도는 상기 섬유를 제조하는데 사용되는 UHMWPE의 초기 고유 점도의 75 % 이상, 보다 바람직하게는 85 % 이상, 가장 바람직하게는 95 % 이상이다. 상기 섬유체를 형성하는 UHMWPE의 고유 점도는 바람직하게는 7.5 dl/g 이상, 보다 바람직하게는 10 dl/g 이상, 보다 더 바람직하게는 13 dl/g 이상, 가장 바람직하게는 16 dl/g 이상이다. 바람직하게는, 카본 블랙의 양은 상기 섬유체를 형성하는데 사용되는 UHMWPE 100 중량부를 기준으로 0.001 내지 10 중량부이다.
카본 블랙을 함유하는 본 발명의 섬유는 상기 섬유가 통상적으로 적용되는 임의의 용도에 사용될 수 있다. 특히, 섬유는 건축학적 텍스타일, 로프, 낚싯줄, 어망, 및 선박 및 항공기에서의 하역망, 끈 및 구속대, 글러브 및 다른 보호 의류에서 사용될 수 있다. 따라서, 한 양태에서, 본 발명은 본 발명의 섬유를 포함하는 물품, 바람직하게는 로프, 글러브, 보호 의류, 낚싯줄, 망 또는 의학 장치에 관한 것이다.
본 발명은 하기 실시예 및 비교 실험에 의해 상세하게 추가로 설명될 것이지만, 이에 제한되지 않는다.
측정 방법
● 고유 점도(IV): 고유 점도는 방법 PTC-179(문헌[Hercules Inc. Rev. Apr. 29, 1982])에 따라 데칼린 중에서 135 ℃에서, 16 시간의 용해 시간으로, 2 g/l 용액의 양으로 항산화제로서 뷰틸화된 하이드록시 톨루엔(BHT)을 사용하여, 상이한 농도에서 측정된 점도를 0 농도로 외삽함으로써 결정하였다.
● dtex: 섬유의 타이터(dtex)는 100 m의 섬유를 칭량하여 측정하였다. 섬유의 dtex는 중량(mg)을 10으로 나누어 계산하였다.
● 섬유의 인장 특성: 인장 강도(또는 강도) 및 인장 모듈러스(또는 모듈러스)는 500 mm의 섬유의 공칭 게이지 길이, 50 mm/분의 크로스헤드 속도 및 인스트론 2714 클램프(Instron 2714 clamp)를 사용하여 ASTM D885M에 명시되어 있는 바와 같은 유형 "Fibre Grip D5618C"의 멀티필라멘트 얀에 대하여 정의하고 결정하였다. 측정된 응력-변형 곡선에 기초하여 모듈러스를 0.3 내지 1 % 변형률 사이의 기울기로서 결정하였다. 모듈러스 및 강도를 계산하기 위하여, 측정된 인장력을 10 m 길이의 섬유를 칭량하여 결정된 타이터로 나누고; 0.97 g/cm3의 밀도를 가정하여 값(GPa)을 계산하였다.
● 테이프-유사 형상을 갖는 섬유의 인장 특성: 인장 강도, 인장 모듈러스 및 파단 신도는 440 mm의 테이프의 공칭 게이지 길이, 50 mm/분의 크로스헤드 속도를 사용하여 ASTM D882에 명시되어 있는 바와 같은 폭 2 mm의 테이프에 대하여 25 ℃에서 정의하고 결정하였다.
● 신장 응력(ES): UHMWPE의 신장 응력(ES)은 ISO 11542-2A에 따라 측정하였다.
● 인장 강도 보유율: 인장 강도 보유율은 ISO 4982-2 방법에 따라 자외선에 일정 시간 동안 섬유를 노출시킨 후, 상기한 섬유의 인장 강도를 측정함으로써 결정하였다.
● 열 분석(TGA): 섬유 샘플의 열 분석(TGA)은 30 ℃에서 10 분 동안 시작하고 질소 하에 20 ℃/분의 가열 속도로 800 ℃까지 가열하고 800 ℃에서 산소로 전환하고 산소 하에 20 ℃/분의 가열 속도로 925 ℃까지 가열하여 이중으로 수행하였다. 중량부 단위의 섬유 중의 카본 블랙의 농도는 약 800 ℃에서 산소 하에 연소시 질량 손실을 산소로의 전환시까지 샘플의 질량 손실로 나눔으로써 계산하였다.
● ISO 4982-2에 기재된 방법과 함께 하기 특정 조건을 사용하였다: UV 노출에 대하여, 340 nm에서 0.35 W/m2의 강도를 갖는 6500 W의 제논(Xenon) 램프를 보로실리케이트 필터와 함께 사용함; 108 분의 건조 기간 및 12 분의 습윤 기간으로 구성된 강우 주기를 사용하되, 건조 기간은 약 50 %의 환경 습도를 갖고, 습윤 기간은 약 100 %의 습도를 가짐; 및 약 63 ℃의 백 패널 온도를 사용함.
실시예 및 비교 실험
카본 블랙(프린텍스(Printex, 등록상표) F80, 데구싸(Degussa), BET 220 g/m2, 1차 입자 크기 16 nm), UHMWPE 및 UHMWPE용 용매로서 데칼린을 함유하는 용액으로부터 섬유를 겔-방적함으로써 다수의 얀을 제조하였다. 용액 중의 UHMWPE의 양은 용액 총 중량을 기준으로 약 10 중량%이었다. 얀 각각을 약 110 dtex의 선형 밀도로 인발하였다. 용액 중의 카본 블랙의 농도를 UHMWPE의 양을 기준으로 0.1 내지 10 중량%로 변화시켰다. 또한, 카본 블랙 없이 상기한 용액으로부터 다수의 얀을 방적하였다.
UHMWPE의 양을 기준으로 프린텍스 F80을 3 중량% 함유하는 용액으로부터 제조된 완전 인발 얀 및 부분 인발 얀을 TGA에 의해 카본 블랙 함량에 대해 분석하였다. 샘플들은 상기 섬유 중 UHMWPE의 양을 기준으로 각각 2.2 중량부 및 2.4 중량부를 함유하였다.
전형적으로, 데칼린 증발 후 섬유에 남아 있는 카본 블랙의 양은 상기 섬유 중 UHMWPE의 양을 기준으로 0.001 내지 10 중량부이었다.
일부 얀을 최대 120 일간에 걸쳐 ISO 4982-2에 따라 UV 저항성에 대해 시험하였다. 카본 블랙을 함유하지 않은 샘플의 인장 강도 보유율은 700 시간 후 강도의 선형 증가 및 약 3000 시간에서 강도의 총 손실을 보인 것으로 측정되었다.
대조적으로, 카본 블랙을 함유한 샘플은 훨씬 더 우수한 장기간 성능을 보였다. 카본 블랙을 함유한 중간 인발 샘플은 3000 시간 후 약 95 %의 인장 강도 보유율을 보였다.
그러나, 카본 블랙을 함유한 완전 인발 샘플에 대해 놀라운 거동이 관찰되었다. 이러한 샘플은 상기 방법에 따라 자외선으로 처리된 후 인장 강도 증가를 보였고, 약 3000 시간 후 인장 강도는 초기 인장 강도에 비해 9 % 더 높았다.
도 1에서 관찰되는 바와 같이, 카본 블랙을 함유하지 않은 섬유 샘플(102)의 특정 시간 동안 UV 노출(101) 후 강도 보유율(100)은 카본 블랙을 2.2 중량부 함유한 중간 인발된 섬유 샘플(103)뿐만 아니라 카본 블랙을 2.4 중량부 함유한 완전 인발된 섬유 샘플(104)에 비해 훨씬 더 낮았다. 특히, 3000 시간 후, 섬유 샘플(102)의 인장 강도는 사실상 0인 반면 섬유 샘플(103)의 인장 강도는 0 시간에서 측정된 인장 강도의 약 95 %임을 알 수 있다. 놀랍게도, 섬유 샘플(104)의 인장 강도는 3000 시간 노출 후 약 9 % 증가하였음을 알 수 있다. 도 2에서 관찰되는 바와 같이, 섬유 샘플의 강도(105)의 변화를 자외선(101)과 관련하여 분석시 동일한 거동이 나타났다.
본원에서 완전 인발 섬유는 최대 인발 비율의 75 % 이상, 보다 바람직하게는 85 % 이상, 가장 바람직하게는 95 % 이상까지 인발된 섬유로 이해되고, 이때 최대 인발 비율은 그 초과시 섬유가 파단되는 비율이다. 최대 인발 비율은 당업자에 의해 통상적인 실험에 의해 결정될 수 있고, 예컨대 섬유 파단시까지 동일한 인발 조건하에 인발 비율을 증가시켜 상기 섬유를 인발함으로써 결정될 수 있다. 중간 인발 섬유는 예를 들어 최대 인발 비율의 50 % 이하, 더욱이 30 % 이하까지 인발된 섬유일 수 있다.
풍화 1400 시간에서의 상대적 고유 점도에 대하여 몇개의 샘플을 시험하였다. 결과를 하기 표 1에 제공하였다.
Figure pct00001

Claims (15)

  1. 섬유체를 형성하는 폴리올레핀 중합체를 포함하는 겔-방적된 섬유로서,
    안정화제가 상기 섬유체 내부에 존재하고, 상기 안정화제의 양이 상기 섬유체를 형성하는 폴리올레핀 중합체 100 중량부를 기준으로 0.001 내지 10 중량부이고, 상기 안정화제가 카본 블랙인 것을 특징으로 하는 섬유.
  2. 제 1 항에 있어서,
    모노필라멘트, 리본, 스트립 또는 테이프인 섬유.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    1.5 N/tex 이상의 강인성(tenacity)을 갖는 섬유.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    50 N/tex 이상의 인장 모듈러스를 갖는 섬유.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    0.1 내지 50 dtex, 보다 바람직하게는 0.5 내지 20 dtex의 타이터(titer)를 갖는 섬유.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    폴리올레핀이 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌인 섬유.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    폴리올레핀이 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)인 섬유.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    카본 블랙의 양이 섬유체를 형성하는 폴리올레핀 중합체 100 중량부를 기준으로 0.1 중량부 이상인 섬유.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    카본 블랙의 양이 섬유체를 형성하는 폴리올레핀 중합체 100 중량부를 기준으로 3 중량부 이하인 섬유.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    카본 블랙의 평균 입자 크기가 ASTM D3849-07(2011)에 의해 측정시 5 nm 이상인 섬유.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    카본 블랙이 ASTM D6556-10에 의해 측정시 50 m2/g 이상의 BET-표면을 갖는 섬유.
  12. 섬유체를 형성하는 중합체를 포함하는 섬유로서,
    카본 블랙이 상기 섬유체 내부에 존재하고, 상기 섬유가 ISO 4982-2에 기재된 방법에 따라 2000 시간 이상 동안 자외선 노출 후 50 % 이상의 인장 강도 보유율을 갖는 것을 특징으로 하는 섬유.
  13. 섬유체를 포함하는 섬유로서,
    상기 섬유체가 5 dl/g 이상의 초기 고유 점도를 갖는 UHMWPE로부터 제조되고, 상기 섬유체가 카본 블랙을 추가로 포함하고, 상기 섬유를 ISO 4982-2에 기재된 방법에 따라 1400 시간 이상 동안 자외선에 노출시킨 후 상기 섬유체를 형성하는 UHMWPE의 고유 점도가 상기 섬유체를 제조하는데 사용되는 UHMWPE의 초기 고유 점도의 60 % 이상임을 특징으로 하는 섬유.
  14. (i) 카본 블랙을 포함하는 완전 인발 중합체 섬유를 제공하는 단계; 및
    (ii) ISO 4982-2에 기재된 방법에 따라 2000 시간 이상 동안 자외선에 상기 섬유를 노출시키는 단계
    를 포함하는 섬유의 강도 증가 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 섬유를 포함하는, 건축학적 텍스타일, 로프, 낚싯줄, 어망, 선박 또는 항공기에서의 하역망, 끈 또는 구속대, 글러브 또는 보호 의류.
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