KR20160010514A - 컴팩트 중합체 겔 및 이로 제조한 섬유 - Google Patents

컴팩트 중합체 겔 및 이로 제조한 섬유 Download PDF

Info

Publication number
KR20160010514A
KR20160010514A KR1020157035287A KR20157035287A KR20160010514A KR 20160010514 A KR20160010514 A KR 20160010514A KR 1020157035287 A KR1020157035287 A KR 1020157035287A KR 20157035287 A KR20157035287 A KR 20157035287A KR 20160010514 A KR20160010514 A KR 20160010514A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gel
uhmwpe
fibers
amount
polymer gel
Prior art date
Application number
KR1020157035287A
Other languages
English (en)
Inventor
우마 산카르 삿파티
사트야 스리니바사 라오 간드함
아지트 베하리 마투르
라크슈 비르 자스라
크리슈나 렌가나트 사르마
아미트 쿠마르 펀남찬드 샤
요기니 마헤쉬바이 아민
가우랑 마닐랄 메타
나누바이 풀지바이 파텔
비랄쿠마르 파텔
Original Assignee
릴라이언스 인더스트리즈 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 릴라이언스 인더스트리즈 리미티드 filed Critical 릴라이언스 인더스트리즈 리미티드
Priority claimed from PCT/IN2014/000345 external-priority patent/WO2014195963A2/en
Publication of KR20160010514A publication Critical patent/KR20160010514A/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F110/00—Homopolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond
    • C08F110/02—Ethene
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F6/00—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof
    • D01F6/02—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • D01F6/04—Monocomponent artificial filaments or the like of synthetic polymers; Manufacture thereof from homopolymers obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds from polyolefins
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/022—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the choice of material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/03—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor characterised by the shape of the extruded material at extrusion
    • B29C48/05—Filamentary, e.g. strands
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C48/00—Extrusion moulding, i.e. expressing the moulding material through a die or nozzle which imparts the desired form; Apparatus therefor
    • B29C48/25—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C48/275—Recovery or reuse of energy or materials
    • B29C48/277—Recovery or reuse of energy or materials of materials
    • B29C48/278—Recovery or reuse of energy or materials of materials of additives or processing aids
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J3/00—Processes of treating or compounding macromolecular substances
    • C08J3/02—Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques
    • C08J3/03—Making solutions, dispersions, lattices or gels by other methods than by solution, emulsion or suspension polymerisation techniques in aqueous media
    • C08J3/075—Macromolecular gels
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K13/00—Use of mixtures of ingredients not covered by one single of the preceding main groups, each of these compounds being essential
    • C08K13/06—Pretreated ingredients and ingredients covered by the main groups C08K3/00 - C08K7/00
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/34—Silicon-containing compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/04—Oxygen-containing compounds
    • C08K5/10—Esters; Ether-esters
    • C08K5/101—Esters; Ether-esters of monocarboxylic acids
    • C08K5/105—Esters; Ether-esters of monocarboxylic acids with phenols
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00—Use of organic ingredients
    • C08K5/49—Phosphorus-containing compounds
    • C08K5/51—Phosphorus bound to oxygen
    • C08K5/53—Phosphorus bound to oxygen bound to oxygen and to carbon only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L23/00—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L23/02—Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C08L23/04—Homopolymers or copolymers of ethene
    • C08L23/06—Polyethene
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D10/00—Physical treatment of artificial filaments or the like during manufacture, i.e. during a continuous production process before the filaments have been collected
    • D01D10/06—Washing or drying
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01D—MECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D5/00—Formation of filaments, threads, or the like
    • D01D5/08—Melt spinning methods
    • D01D5/098—Melt spinning methods with simultaneous stretching
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F1/00—General methods for the manufacture of artificial filaments or the like
    • D01F1/02—Addition of substances to the spinning solution or to the melt
    • D01F1/10—Other agents for modifying properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2023/00—Use of polyalkenes or derivatives thereof as moulding material
    • B29K2023/04—Polymers of ethylene
    • B29K2023/06—PE, i.e. polyethylene
    • B29K2023/0658—PE, i.e. polyethylene characterised by its molecular weight
    • B29K2023/0683—UHMWPE, i.e. ultra high molecular weight polyethylene
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/731—Filamentary material, i.e. comprised of a single element, e.g. filaments, strands, threads, fibres
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2323/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers
    • C08J2323/02—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Derivatives of such polymers not modified by chemical after treatment
    • C08J2323/04—Homopolymers or copolymers of ethene
    • C08J2323/06—Polyethene
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/10—Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Artificial Filaments (AREA)

Abstract

본 발명은 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 및 적어도 한 개의 핵형성제(nucleator), 적어도 한 개의 충진제, 적어도 한 개의 유체 매질로 이루어진 컴팩트 중합체 겔에 관한 것이다. 본 발명은 또한 컴팩트 중합체 겔과 컴팩트 중합체 겔에서 섬유를 제조하는 공정을 제공한다. 본 발명에 따라 제조된 섬유는 2.5-10GPa의 인장 세기와 110-300GPa의 인장 모듈러스를 가진다.

Description

컴팩트 중합체 겔 및 이로 제조한 섬유 {COMPACT POLYMERIC GEL AND FIBERS MADE THEREFROM}
본 발명은 중합체 겔에 관한 것이다. 상세하게는, 본 발명은 컴팩트 중합체 겔 및 이로 제조한 섬유에 관한 것이다.
정의
본 발명에서 이용된 바와 같이, 상기 단어/들 및 표현/들은 일반적으로 이들이 다른 의미를 나타내도록 이용된 문맥을 제외하고 하기 서술된 의미를 가진다.
본 발명의 목적으로 이용된 술어《섬유》는 연속적으로 인장된 요소이고, 여기서 길이 치수는 너비와 두께의 가로 치수 보다 훨씬 크다. 따라서 술어 섬유는 규칙 및 불규칙 가로 단면을 가지는 필라멘트 및 리본, 스트립, 실 등을 포함한다.
본 발명의 목적으로 이용된 술어《컴팩트(compact)》는 방적에 편리하게 최적의 형태 및 리올로지를 부여하는 특성을 가지는 본 발명의 중합체 겔을 서술하는데 이용된다.
본 발명의 목적으로 이용된 술어《디스엔탱글먼트된(disentangled)》는 초고분자량 폴리에틸렌-50만-2천만의 몰질량;과 75%가 넘는 결정도; 200J/g의 융해 열, 0.048-0.3g/cc의 벌크 밀도를 가지는 에틸렌의 호모중합체(들) 또는 공중합체(들)을 서술하는데 이용되며 여기서 폴리에틸렌 사슬은 엔탱글먼트(entanglement)가 낮고 완전히 디스엔탱글먼트됐다(disentangled).
고강도, 고모듈러스 폴리에틸렌 섬유는 용액 방적 및 인발(drawing)에 의하여 초고분자량 중합체로부터 제조되어왔다. 이러한 필라멘트들이 절단 방지 적용 및 복합물, 밧줄, 그물에 극히 유용한 것으로 입증되었다. 재래식기술에서, 중합체 용액은 방적처리하여 강한 폴리에틸렌 섬유를 얻었다.
기술의 발전으로 두 가지 용액 방적 공정이 개발되었다. 일 용액 방적 공정에서 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 용액은 방적 온도에서 본질적으로 비휘발성인 중유와 같은 제1용매에서 높은 온도에서 제조된다. 이 중합체 용액을 방적하고 급냉하여 용매의 본질적으로 증발이 없이 겔 상태로 만든다. 이 용매는 100 ℃ 미만의 비등점을 가지는 또 다른 용매를 이용하여 추출하여 겔 필라멘트에서 제거된다. 제2용매를 함유한 겔 필라멘트를 건조하여 크세로겔 필라멘트를 형성한다. 겔 필라멘트의 다중 연신을 제1용매의 추출전과 제2용매의 증발전, 필라멘트 건조후에 실행한다.
제2 용액 방적 공정에 따라, 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE)용액은 방적 온도에서 휘발성인 용매에서 제조된다. UHMWPE 용액을 높은 온도에서 방적하고 냉각하여 겔 필라멘트를 형성하며 여기서 휘발성 용매는 증발되고 다음 필라멘트를 연신한다. US 특허 No.7147807는 휘발성 용매의 용액으로부터 이 용매를 재생 및 재순환하면서 고분자량 폴리 (알파-올레핀) (UHMWPO) 필라멘트를 방적하는 공정을 개시한다. 그러나 US7147207 에서 수득한 UHMWPE 필라멘트는 권축성 및 투과성, 포복성이 높고 열저항성이 낮은 결점을 가지고 잇다.
US 특허 공개 No.20110082262는 무기 물질과 UHMWPE 겔 용액을 혼합하고 이 용액을 예정 제조 공정에 따라 가공처리하여 제조한 복합물 재료에 대하여 언급하였다. 그러나 무기 물질의 과도 이용은 섬유를 가공 초기 단계에서 쪼개거나 부러뜨리게 한다.
중합체 사슬을 섬유축을 따라 평행 방식으로 배치하여 세기와 억세기가 큰 섬유를 제조하려는 시도가 있었다. 그러나 고성능 폴리에틸렌 섬유(HP-PE)에서 개별적인 분자의 배향/연장은 이러한 중합체들이 고도로 유연하고 자체가 또는 호상 얽혀 있어 아주 힘들다. 또한 UHMWPE 섬유는 포복하려는 경향성이 있으며 이는 장기적 적용에서의 이용을 비효율적인 것으로 되게 한다.
기술적 진전이 있었으나, UHMWPE로부터 섬유를 제조하는데 이용된 재래식 공정은 비경제적이고 형태적 및 기계적 성질이 한심한 섬유를 생산한다. 그러므로 우수한 형태적 및 기계적 성질을 가지는 섬유의 제조 공정과 이 섬유를 제조하기 위한 겔을 제공하여야 필요가 제기된다.
적어도 일 실시예가 제공하도록 적응된 본 발명의 일부 목적들이 하기 서술되었다.
본 발명의 일 목적은 컴팩트 중합체 겔을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 적절한 보관 기일과 방적성을 가지는 컴팩트 중합체 겔을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 컴팩트 중합체 겔의 제조 공정을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 컴팩트 중합체 겔로부터 제조한 섬유를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 적절한 형태적 및 기계적 성질을 가지는 컴팩트 중합체 겔로부터 제조된 섬유를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 종래 기술의 한 개 또는 그 이상의 문제점을 약화시키거나 적어도 유용한 대안을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들과 유리성은 하기 설명들과 첨부 도면으로부터 보다 명백해질 것이며 이는 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않았다.
본 발명은 하기를 포함하는 컴팩트 중합체 겔을 제공한다.
i. 겔의 총질량의 2.0-25.0%의 양으로, 초고분자량 폴리에틸렌 (UHMWPE);
ii. 겔의 총질량의 0.05-3.0%의 양으로, 적어도 한 개의 핵형성제(nucleator);
iii. 겔의 총질량의 0.025-1.0%의 양으로, 적어도 한 개의 충진제;
iv. 적어도 한 개의 유체 매질.
본 발명은 상술된 컴팩트 중합체 겔의 제조 공정을 제공할 뿐 아니라 본 발명에서 개시된 컴팩트 중합체 겔로부터 섬유를 제조하는 공정을 제공한다. 전형적으로 본 발명에서 얻어진 섬유는 2.5-10GPa의 인장 세기 및 110-300GPa의 인장 모듈러스로 특징 지어진다.
본 발명은 비제한적인 첨부 도들과 결부하여 서술될 것이다.
도1은 UHMWPE 섬유 생산 공정을 예시하여, 여기서
a 는 질소 압력을 나타내고;
b는 중합체 겔을 나타내며;
c 는 제1가열기를 나타내고;
d 는 섬유 연신을 나타내며;
e 는 섬유 세척용 수욕조를 나타내고;
f 는 섬유 세척용 용매를 나타내며;
g는 권취기까지의 라인을 나타내고;
h 는 제2가열기를 나타내며;
QB 는 냉각수용 급냉 욕조를 나타낸다.
도2는 고온 연신 공정 전/후 섬유의 직경/데니에에서의 변동을 예시한다. 여기에서
'h'는 고온 연신 전 섬유의 직경이고
'i'는 고온 연신 후 섬유의 직경이다.
도3은 고 분자 배향을 달성하기 위한 섬유의 연신 현상을 예시한다. 여기서
'C'는 섬유의 불규칙 코일에서 생산된 배향 결정 섬유를 예시한다.
'A'는 본 발명의 인발 공정을 이용하여 제조한 섬유를 나타낸다.
본 발명의 발명가들은 겔 방적 및 용해 방적 공정의 유리성을 모두 제공하는 섬유 생산 공정을 예상하였다. 겔 방적에서 정밀 가열된 UHMWPE겔을 방적돌기를 통하여 압출하였다. 압출물을 공기를 통과하여 인발하고 수욕조에서 냉각한다. 최종 결과물은 분자 배향도가 높고 따라서 최종 생성물은 인장세기와 인장모듈러스가 예외적이다. 겔 방적 공정은 용매의 개별적 사슬 분자를 분리하여 분자 호상 엔탱글먼트(entanglement)수준을 최소로 되게 하는데 달려 있다. 엔탱글먼트(entanglement) 현상은 사슬 배향을 보다 어렵게 하고 최종 생성물의 세기를 낮춘다.
본 발명의 일 양태에 따라, 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE) 및 적어도 한 개의 핵형성제(nucleator), 적어도 한 개의 충진제, 적어도 한 개의 유체 매질을 함유하는 컴팩트 중합체 겔을 제공한다. 컴팩트 중합체 겔을 만드는데 이용된 UHMWPE는 겔 총질량의 2.0-25.0%의 양으로 존재한다. 이 겔의 중합체 농도는 아주 중요한 역할을 한다. 일 실시예에서 UHMWPE는 엔탱글먼트된(entangled) UHMWPE이다. 일 실시예에서 컴팩트 중합체 겔에 이용된 UHMWPE는 디스엔탱글먼트된(disentangled) UHMWPE의 양이 엔탱글먼트된(entangled) UHMWPE보다 작은 엔탱글먼트된 UHMWPE와 디스엔탱글먼트된 UHMWPE의 결합물이다. 전형적으로 디스엔탱글먼트된 UHMWPE은 50만-1,500백만의 몰질량을 가진다. 조성물에서 디스엔탱글먼트된 초고분자량 폴리에틸렌 (dis-UHMWPE)의 양은 섬유에 높은 점착도를 부여한다.
적어도 한 개의 핵형성제(nucleator)는 겔의 총질량의 0.05-3.0%의 양으로 존재하고 디(3,4-디메틸벤질리덴)소르비톨 (Millad 3988) 및 2,2'-메틸렌-비스-(4,6-디-테르트-부틸페닐)포스페이트 소디움 염 (NA11), 알루미늄 히드록시 비스(2,2'-메틸렌비스[4,6-디(테르트-부틸)페닐]포스페이트 (NA21)으로 이루어진 그룹에서 선택된다. 충진제는 겔의 총질량의 0.025-1.0%의 양으로 포함되고 4차 암모늄 염으로 변형된 몬모릴로나이트 (Closite 15A)과 칼슘스테아레이트로 이루어진 그룹에서 선택된다. 충진제는 결과물 섬유의 포복 견딜성과 열 안전성을 개선하기 위해 첨가된다. 포복성의 개선은 변형 경화와 교차 결합 작용에 기인되지만, 열 안정성은 나노 복합물 특성을 보여주는 중합체 네트워크에 충진제 플레이트리트(platelet)를 분산한데 기인된다. 핵형성제(nucleator)와 결합된 충진제는 겔화 및 결정화 공정을 촉진하고 결과적으로 디스엔탱글먼트(disentangling) 및 컴팩트 공정을 효과적으로 효율적으로 조장하여 초고 세기 및 고모듈러스 섬유의 형성을 초래한다.
이 겔에서 이용된 유체 매질은 중합체 혼합물에 겔 성질을 부여하는데 충분한 양으로 존재하며 지방성 탄화수소 및 비환식 탄화수소, 환식 탄화수소, 방향성 탄화수소, 할로겐화 탄화수소로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 한가지이다. 임의의 유체 매질을 이용할 수 있지만 비등점이 180℃가 넘는 유체 매질을 특히 이용한다. 전형적으로 유체 매질은 씨스-데카히드로나프탈렌 및 트랜스-데카히드로나프탈렌, 데칼린, 광유, 디클로로벤젠로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 한가지이다.
본 발명의 중합체 겔은 또한 겔 총질량의 0.25-5.0%의 양으로 적어도 한 개의 항산화제를 포함한다. 항산화제는 높은 온도에서 실행되는 압출 공정 동안에 겔의 열 분해를 방지한다. 전형적으로 항산화제는 트리스(2,4-디테르트-부틸페닐) 포스파이트 및 펜타에리트리톨 테트라키스 (3-(3,5-디-테르트-부틸-4-히드록시페닐) 프로피오네이트)으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 한가지이다. 일 실시예에서 두 개의 항산화제의 결합이 이용되며 여기서 제1항산화제 대 제2항산화제의 비율은 1:1-1:2 이다. 이 중합체 겔은 겔 총질량의 0.1-1.5%의 양으로 적어도 한 개의 변형제를 함유한다. 일 실시예에서 변형제는 칼슘스테아레이트이다. 중합체 겔에서 이용되는 변형제는 UHMWPE의 고분자 사슬의 특성과 이동성을 변형하여 공정을 개선한데 기인된다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라 컴팩트 중합체 겔제조 공정이 제공된다. 이 공정은 초기에 겔 총질량의 2.0-25.0%이 양으로 UHMWPE, 및 선택적으로, UHMWPE의 양보다 작게 디스엔탱글먼트된-초고분자량 폴리에틸렌 (dis-UHMWPE), 겔 총질량의 0.05-3.0%이 양으로 적어도 한 개의 핵형성제(nucleator), 겔 총질량의 0.025-1.0%이 양으로 적어도 한 개의 충진제, 선택적으로, 겔 총질량의 0.25-5.0%이 양으로 적어도 한 개의 항산화제, 선택적으로, 겔 총질량의 0.1-1.5%이 양으로 적어도 한 개의 변형제를 혼합하여 제1혼합물을 수득하는 단계를 포함한다. 다음 제1혼합물을 유체 매질에 합체하여 제2혼합물을 수득하며 이를 50-200℃의 온도에서 2-20시간동안 불활성 조건하에서 가열하여 컴팩트 중합체 겔 조성물을 수득한다. 온도-시간 프로토콜이 컴팩트 중합체 겔의 레올로지 특성을 최량화하는데서 결정적인 역할을 한다. 또한 용해 시간은 중합체의 분자량에 따라 다양하다. 온도-시간 분포가 겔을 제조하기 위하여 1 스펠(spell) 또는 2 스펠(spell)로 유지된다. 이 스펠(spell)은 겔을 제조하는데 이용된 중합체의 분자량의 범위에 기반하여 결정한다.
이 조성물을 냉각하여 냉각 중합체 겔 조성물을 수득하며 이는 유체 매질의 초과량을 제거한후 컴팩트 중합체 겔을 초래한다. 다음 이 혼합물을 냉각하여 분자 디스엔탱글먼트 수준이 충분한 컴팩트 겔 상태를 달성함으로써 섬유 방적에 적합하게 한다. 초과 유체 매질은 겔에서 제거되어 겔에서 중합체의 농도를 조절한다. 제거된 초과 유체 매질은 같은 또는 다른 공정에서 재순환 및 재이용될 수 있다. 이 방적전 여과 압축 방법 단계는 상기 공정을 경제적이고 안전하게 한다. 유체 매질의 제거후 컴팩트 중합체 겔은 6개월까지 보관할 수 있거나 압출/섬유 방적에 즉시 이용될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라 본 발명의 컴팩트 중합체 겔에서 섬유를 제조하는 공정을 제공한다. 전형적으로 섬유는 2.5-10GPa의 인장 세기 및 110-300GPa의 인장 모듈러스를 가진다.
이 공정은 컴팩트 중합체 겔을 120-200℃의 온도에서 2-3kg/cm2의 압력으로 방적하여 겔 방적 섬유를 수득하는 단계로 개시된다. 방적 단계는 방적유닛 및 단축 압출기를 이용하여 실행된다. 겔 방적 섬유는 220℃-230℃-250℃ 또는 205℃-220℃-240℃, 195℃-200℃-200℃와 같은 상이한 온도 프로파일에서 압출된다. 컴팩트 겔은 단축 압출기에서 압출되어 균일 데니에 겔 방적 섬유를 제조하기 위한 220℃-230℃-250℃의 최량 온도 프로파일하에서 다중 섬유 토우를 생산한다. 또 다른 실시예에서 컴팩트 겔은 단축 압출기에서 압출되어 균일 데니에 겔 방적 섬유를 제조하기 위한 205℃-220℃-240℃의 최량 온도 프로파일하에서 다중 섬유 토우를 생산한다. 또 다른 실시예에서 컴팩트 겔은 단축 압출기에서 압출되어 균일 데니에 겔 방적 섬유를 제조하기 위한 195℃-200℃-200℃의 최량 온도 프로파일하에서 다중 섬유 토우를 생산한다. 섬유의 압출 속도는 다음 공정에서 요구하는 섬유의 개수에 따라 최량화한다.
균일 데니에 겔 방적 섬유는 다음 5℃-30℃의 온도에서 적어도 한 개의 급냉 용매에서 급냉하여 급냉한 겔 방적 섬유를 수득한다. 이 온도 범위는 발생된 마이크로 구조의 형태가 연속하여 다단 고온 연신 단계후 초고 점착성을 발생시키도록 섬유의 무정형 및 결정화 정도를 조절하는데서 아주 민감한 것으로 발견되었다. 본 발명의 급냉 용매는 일 실시예에서 물이다. 이 급냉된 섬유는 다음 물 또는 아세톤, 헥산으로 세척한다. 전형적인 실시예에서 겔 섬유는 25℃의 온도에서 보관된 수욕조를 통과하고 다음 아세톤 욕조를 통과하여 일차적으로 섬유에서 용매의 초과량을 제거한다.
급냉된 겔 방적 섬유는 다음 80℃-125℃의 온도로 건조하여 건조 겔 방적 섬유를 수득하고 다음 90℃-140℃의 온도에서 5-100의 인발 속도로 고온 연신하여 본 발명의 섬유를 수득한다. 일 실시예에서 고온 연신 단계는 다단 고온 연신 단계이다.
본 발명의 일 실시예에서, 압출후 섬유는 이러한 예비 연신된 필라멘트가 고르게 급냉될 때 겔 섬유의 비결정도와 결정도를 할당하도록 방적돌기와 급냉 욕조 사이의 거리를 조절하여 대기 연신을 거치도록 한다
본 발명에 따라 컴팩트 겔의 이용은 방적 단계에 의하여 겔 방적 섬유의 형태 및 마이크로 구조를 효과적으로 조절하며 이는 용매의 보존 뿐아니라 섬유 결점의 상당한 최소화를 본질적으로 조장한다. 보다 중요하게는 본 발명의 이러한 겔 방적 섬유가 고온 연신 처리될 때 이는 초-인발을 조성하여 전반 인발 속도가 낮은 속에서도 초고 점착성과 초고모듈러스 섬유를 생산한다. 일 실시예에서 높은 인장 세기와 인장모듈러스가 아주 낮은 인발 비율, 전형적으로 20에서 달성된다.
데칼린과 파라핀은 모두 세기와 모듈러스가 큰 UHMWPE 섬유를 겔 방적하는데 이용되는 전형적인 용매들이지만, UHMWPE 사슬의 겔화 메커니즘은 데칼린과 파라핀에서 상당히 차이가 난다. 두 용매에서 겔화는 초기 단계에서 농도 변동에 의한 액체-액체 상 분리에 기인된다. 겔화 속도와 온도는 두 용매에서 상당히 다르다. 특히 데칼린에서 겔과 시너레시스로부터의 데칼린 용매 유동은 결정화 동안에 발생하며 따라서 방적 이전에 용매를 제거하여 용이하게 중합체 농도를 높게 조절하도록 한다. 더우기, 데칼린에서 UHMWPE의 겔화는 상 분리 동안에 중합체가 풍부한 상(불균질 네트워크 시스템)에서 일어나며 상 분리는 중합체의 용해 공정 동안에 최량 온도 및 시간하에서 겔화/결정화를 일으키는 추진력으로 된다. 또한 본 발명의 공정에서, 핵형성제(nucleator)와 충진제가 최량화된 양으로 존재하는 것으로 하여 중합체 사슬의 겔화와 결정화의 협력이 촉진되며 이는 결과적으로 최량 온도 및 시간 관리에 의한 가열 및 냉각 공정하에서 고분자 디스엔탱글먼트된(disentangled) 사슬의 응집/압축을 조절하여 최종적으로 주위온도에서 컴팩트 겔을 수득한다. 겔 시너레시스는 겔에서 데칼린을 제거하고 방적 가능한 겔의 형태와 리올로지의 제어를 용이하게 하는데서 중요한 역할을 한다.
본 발명의 또 다른 양태에 따라 본 발명에서 수득한 섬유는 절단 방지 및 복합물, 바줄, 그물 적용에 극히 유용하다.
본 발명은 하기의 비제한적인 실시방식들에 비추어 논의된다.
실시예 1: 본 발명에 따르는 섬유 제조 공정
A] 320만의 몰질량을 가지는 UHMWPE의 컴팩트 겔을 0.2%의 펜타에리트리톨 테트라키스 (3-(3,5-디-테르트-부틸-4-히드록시페닐) 프로피오네이트)와 0.40%의 트리스(2,4-디테르트-부틸페닐) 포스파이트, 0.25%의 디(3,4-디메틸벤질리덴)소르비톨 (Millad 3988), 4차 암모늄 염으로 변형된 0.025%의 몬모릴로나이트( Closite15A), 0.1%의 칼슘스테아레이트를 데칼린의 존재하에서 예비 혼합하여 혼합물을 수득하였다. 혼합물을 1lit 반응기를 이용하여 질소대기하에서 7wt%의 농도에 놓아두었고 여기서 온도는 40-60rpm의 속도로 교반하면서 총 4시간동안 정밀하게 90℃와 170℃의 두 단계에서 유지되었다. 이 컴팩트 겔은 175℃에서 0.5mm 직경의 방적돌기를 통하여 5-10℃의 온도를 가지는 수욕조로 압출하였다. 수욕조에서 냉각한 후 최종 젤라틴 필라멘트를 세척 욕조를 통과시키고 다음 25℃ 의 아세톤 욕조를 통과시켜 다음 라인상에서 건조시켰다. 건조된 섬유를 감았다. 균일한 데니에를 가지는 모노 필라멘트를 최종적으로 실토리에 수집하고 차후 95℃ 및 140℃에서 이단 고온 연신하여 섬유를 수득하였다.
겔 방적 필라멘트는 폴리에틸렌 사슬의 물리적 네트워크로 되어있고 충분히 견고하여 오븐에 운송하여 인발 및 용매 제거를 할 수 있다는 것이 발견되었다. 또한 제조된 컴팩트 겔은 4차 암모늄염(Closite15A)으로 변형된 몬모릴로나이트와 핵형성제(nucleator)의 최량화된 레벨을 갖고 있어 디스엔탱글먼트(disentangling) 공정을 효과적으로 효율적으로 촉진하였고 겔은 필라멘트에로 방적될 때 최량화된 마이크로 구조를 만들어냈다.
B] 5.2백만의 분자량을 가지는 UHMWPE 컴팩트 겔을 0.2% 펜타에리트리톨 테트라키스(3-(3,5-디-터트-부틸-4-히드록시페닐) 프로피오네이트), 0.40% 트리스(2,4-디터트-부틸페닐) 포스파이트, 0.25% 디(3,4-디메틸벤질리덴) 소르비톨(Millad 3988), 4차암모늄염(Closite 15A)으로 변형된 0.025% 몬모릴로나이트, 데칼린존재하에서 0.1% 칼슘스테아레이트와 섞어 혼합물을 얻는다.
혼합물을 1lit 반응기를 이용하여 질소대기하에서 7wt%의 농도에 놓아두었고 여기서 온도는 40-60rpm의 속도로 교반하면서 총 4시간동안 정밀하게 90℃와 170℃의 두 단계에서 유지되었다. 다음 이 컴팩트 겔은 175℃에서 0.5mm직경의 방적돌기를 통하여 5-10℃의 온도를 가지는 수욕조로 압출하였다. 수욕조에서 냉각한 후 최종 젤라틴 필라멘트를 세척 욕조를 통과시키고 다음 25℃의 아세톤 욕조를 통과시켜 다음 100℃ 라인상에서 건조시켰다. 건조된 섬유를 감았다. 균일한 데니에를 가지는 모노 필라멘트를 최종적으로 실토리에 수집하고 차후 95℃ 및 140℃에서 이단 고온 연신하여 섬유를 수득하였다.
겔 방적 필라멘트는 폴리에틸렌 사슬의 물리적 네트워크로 되어있고 충분히 견고하여 오븐에 운송하여 인발 및 용매 제거를 할 수 있다는 것이 발견되었다. 또한 제조된 컴팩트 겔은 4차암모늄염(Closite15A)으로 변형된 몬모릴로나이트와 핵형성제(nucleator)의 최량화된 레벨을 갖고 있어 디스엔탱글먼트(disentangling) 공정을 효과적으로 효율적으로 촉진하였고 겔은 필라멘트에로 방적될 때 최량화된 마이크로 구조를 만들어냈다.
실시예 1A 및 1B에서 수득한 필라멘트/섬유의 특성을 표-1에서 요약하였다.
표-1: 실시예 1A 및 1B에서 수득한 필라멘트의 특성
인장 모듈러스(GPa) 인장세기 (GPa) 폴리 MW 총 인발률 (TDR)
스핀-1 130 5.89 3.2 M 15
스핀-2 117 4.63 5.2 M 15
스핀-3 239 8.52 5.2 M 22
스핀-4 298 10.93 5.2 M 28
실시예 2: 상이한 중합체 농도를 이용하여 실행된 공정
320만의 MW를 갖는 UHMWPE 컴팩트 겔을 상이한 농도에서 제조하여 실시예1에서 서술한대로 175℃에서 압출하였다. 그러나 0.2%의 펜타에리트리톨 테트라키스 (3-(3,5-디-테르트-부틸-4-히드록시페닐) 프로피오네이트)와 0.30%의 트리스(2,4-디테르트-부틸페닐) 포스파이트, 0.025%의 Millad, 0.025%의 4차암모늄염(Closite15A)으로 변형된 몬모릴로나이트, 0.1%의 칼슘스테아레이트를 본 실시예에서 이용하였다. 이 실시예에서, 중합체 농도의 효과를 평가하였다. 상이한 중합체 농도에서 생성된 겔 방적 섬유를 100℃에서 건조하였고 90℃ 및 125℃에서 고온 연신 처리하였다. 고온 연신 섬유의 기계적 특성을 UTM으로 매 ASTM 기준 당 인장 모드(mode)에서 각각 18의 TDR를 유지하면서 측정하였다. 얻어진 결과를 표2에서 요약하였다.
표-2: 방적 조건 및 필라멘트 특성
실험. No 폴리 농도
(wt %)
 욕조 온도
oC
 세척 욕조 온도
oC
 감기 속도
Mt/mint.
 TS
(GPa)
 TM
(GPa)
스핀-5 3 5 25 9 1.5 80
스핀-6 5 5 25 9 1.7 101
스핀-7 7 5 25 9 2.75 120
실시예2에서 수득한 겔을 한달, 두달, 다섯달 동안 각각 25℃에서 보관하였고 다음 실시예2에서 서술한 것과 같은 조건에서 압출하였다. 이 겔을 실시예2에서 서술한 것과 유사한 조건하에서 섬유로 방적하였고 고온 연신된 섬유는 표3에서 제시한대로 기계적 성질을 보여주었다. 이 결과로부터 노화된 겔은 보관후에도 방적 가능성과 섬유 성질을 보존하였다고 결론할 수 있다.
표 3: 필라멘트 성질에 주는 노화시간의 작용
실험 No. 노화 시간 (달) TS (GPa) TM (GPa)
스핀-8 01 2.75 118
스핀-9 02 2.98 120
스핀-10 05 3.12 122
실시예 4: Dis-UHMWPE의 효과
상술된 항산화제와 핵형성제(nucleator), 충진제를 포함한 80/20wt% 비율의 엔탱글먼트된 UHMWPE(3.2M)과 디스엔탱글먼트된-UHMWPE(3.5M)의 두 개의 컴팩트 겔 혼합물을 실시예1에서 언급한대로 제조하였다. 두 개의 혼합물을 5% 및 7%의 농도에 놓아두고 175℃ 에서 실시예1에서 서술한대로 압출하였다. 방적 조건은 실시예1과 거의 같았다. 고온 연신 조건은 실시예2와 같았다. 디스엔탱글먼트된 UHMWPE의 존재는 겔 방적 섬유의 최종 마이크로구조 뿐아니라 방적 효율에도 영향을 준다는 것이 발견되었다. 수득한 필라멘트의 기계적 성질을 표4에서 요약하였다.
표 4: 필라멘트의 기계적 성질에 주는 디스엔탱글먼트된 UHMWPE의 효과
실험 No. 폴리 농도 wt% TS (GPa) TM (GPa)
스핀-11 5 2.45 119
스핀-12 7 3.25 125
실시예 5:
5.2 M 의 MW 를 가지는 UHMWPE의 컴팩트 겔을 0.1% Closite-15A를 이용하여 실시예1에서 서술한 공정에 따라 상이한 핵형성제(nucleator) 농도하에서 제조하였다. 농도를 컴팩트 겔의 용매 농도를 조절하여 7%에서 놓아두었다. 항산화제와 칼슘스테아레이트 농도는 실시예1과 같았다. 이 겔을 175℃에서 압출하고 겔 방적 섬유를 최종적으로 두 개의 상이한 온도 110℃와 145℃에서 고온 연신하여 17의 총 인발 비율을 가지였다. 섬유 성질을 표5에서 요약하였다.
표 5: 고온 연신후 UHMWPE 섬유 성질
실험
No.		 노화 시간
(hrs)		 디(3,4-디메틸벤질리덴)소르비톨(Millad 3988) (wt %) TS
(GPa)		 TM
(GPa)		 연신율(%) TDR
스핀-13 24 0.025 2.54 115 5.12 17
스핀-14 24 0.2 3.51 135 3.24 17
스핀-15 24 0.5 5.43 215 2.75 17
실시예 6:
3% 중합체 농도를 가지는 UHMWPE (MW 천만)의 컴팩트 겔을 실시예 1과 실시예5(즉 방적-15)대로 제조하였다. 이 겔을 섬유로 방적하고 다음 겔 방적 섬유를 직접 145℃에서 10의 총 인발 비율로 고온 연신하였다. 고온 연신 섬유는 표6에서 서술한대로 하기 기계적 성질을 보여주었다.
표 6: 고온 연신된 UHMWPE 섬유의 기계적 성질
실험
No.		 MW 폴리 농도
(wt%)		 Millad
(wt%)		 TS
(GPa)		 TM
(GPa)		 연신율
(%)
스핀-16 10 M 3.0 0.5 2.75 165 2.18
실시예 7:
컴팩트 겔을 실시예 1과 실시예5(즉 방적-14)대로 UHMWPE(MW 320만)로부터 8%의 농도에서 겔에서의 용매 레벨을 조절하여 제조하였다. 이 겔을 120시간동안 노화하고 다음 섬유로 방적하였다. 이 제조된 겔 방적 섬유를 115℃ 와 145℃의 온도에서 14의 총 인발 비율로 다단 고온 연신 처리하였다. 섬유 직경은 도2에서 보여준 바와 같이 Polaroid 광학 현미경으로 측정하였다. 형태적 특성은 기계적 성질에서 반영된바와 같이 섬유 데니에가 미세하고 배향도가 개선되었음을 보여주었다.
표 7: 고온 연신 겔 방적 UHMWPE 섬유의 기계적 성질
실험
No.		 MW 폴리 농도
(wt%)		 Millad 3988
(wt%)		 TS
(GPa)		 TM
(GPa)		 연신율
(%)
스핀-17 3.2 M 8.0 0.25 4.25 185 3.35
실시예 8:
UHMWPE (MW 520만) 의 컴팩트 겔을 실시예 1 과 실시예 5 (즉 방적-14) 대로 7%의 고정 농도에서 겔에서의 용매 레벨 을 조절하여 제조하였다. 이 겔을 120시간동안 노화하고 10-15rpm에서 190-195-200℃의 온도 프로파일하에서 단축 압출기에서 섬유로 방적하였다. 1000mts 보다 큰 연속 길이 섬유를 압출기에서 균일 데니에로 생산하였다. 이 제조된 겔 방적 섬유를 115℃와 145℃의 온도에서 14의 총 인발 비율로 다단 고온 연신 처리하였다. 단일 필라멘트와 다중 필라멘트토우를 0.5mm 직경방적돌기를 이용하여 제조하였다. 섬유 성질을 표8에서 요약하였다.
표 8: UHMWPE 모노 및 다중필라멘트의 공정 조건과 성질
실험
No.		 MW 폴리 농도
(wt %)		 감기속도
mt/mint		 TS
(GPa)		 TM (GPa) 섬유
길이 (mt)
스핀-18 5.2 M 7.0 25 2.75 175 >1000
스핀-19 5.2 M 7.0 25 2.65 165 >1000
방적-18: 단일 필라멘트, 방적-19: 4 필라멘트 토우
본 발명의 실시예들과 이의 다양한 특징들과 유리성들은 설명서의 비제한적인 실시예들을 참고로 서술하였다. 공지된 요소들과 공정 기술에 대한 서술은 본 발명의 실시예들을 불필요하게 모호하게 하지 않기 위하여 생략하였다. 본 발명에서 이용된 실시예들은 실시예들이 실행될 수 있는 방식에 대한 이해를 용이하게 하고 당업자들이 실시예들을 실행할 수 있도록 의도된 것이다. 따라서 실시예들은 본 발명의 실시예들의 범위를 제한하는 것으로 해석되지 말아야 한다.
특정 실시예들에 대한 상기 설명들은 본 발명의 실시예들의 일반 속성을 충분히 보여주어 다른 사람들이 현존 지식을 응용하여 일반 개념에서 이탈하지 않고 이러한 특정 실시예들을 다양한 적용에서 쉽게 수정하고/또는 변형할 수 있을 것이고 따라서 이러한 수정과 변형들은 본 발명의 실시예들의 등가물의 의미와 범위내에 포함되는 것으로 의도되었다. 여기서 이용된 표현과 술어들은 설명을 목적으로 하였고 제한을 목적으로 하지 않았다. 그러므로 본 발명의 실시예들을 바람직한 실시예들에 의하여 서술하였으나 당업자들은 본 발명의 실시예들을 본 발명에서 서술된 실시예들의 정신과 범위내에서 변경하여 실행할 수 있음을 알수 있을 것이다.
기술적 유리성과 경제적 의의
- 방적가능한 컴팩트 겔로 하여 중합체 슬러리의 직접 공급동안에, 재래식 겔 방적 공정의 루틴 관례로 되는, 압출기로부터 나오는 용매의 많은 양(>90%)을 방지할 수 있어 본 발명이 용매 재순환/재생에서 보다 안전하고 용이하고 경제적인 것으로 되게 한다.
- 개선된 형태와 마이크로 구조에 의한 섬유의 중심 구조에서의 잔여 용매의 최소화는 초고 세기 및 고모듈러스 섬유의 생산을 촉진한다.
- 공지된 공정(>50 DR)에 대비하여 보다 낮은 총 인발률(>20 DR)에서 우수한 기계적 성질이 달성된다.
- 본 발명의 공정은 고속 방적에 유리하다.
- 본 발명의 공정은 섬세한 마이크로구조와 형태를 제공하여 기계적 성질이 우수하고 배향도가 높은 결점이 없는 미세 데니에 섬유를 생산한다.
- 본 발명의 공정은 오랜 기간 6개월까지 방적 특성을 보유하는 겔을 제공한다.
- 본 발명의 섬유는 낮은 포복성과 낮은 구김성을 가진다.
본 명세서에서 단어 《포함한다(comprise)》, 또는 《포함한다(comprises)》이나 《포함하고 있는(comprising)》와 같은 변형들은 지적된 요소, 정수 또는 단계, 또는 요소, 정수, 또는 단계의 그룹을 포함한다는 것을 나타내는 것으로 이해될 것이며, 임의의 다른 요소, 정수 또는 단계, 또는 요소, 정수, 또는 단계의 그룹의 제외를 나타내는 것이 아니다.
《일(a)》또는《적어도(at least)》, 《적어도 하나의(at least one)》라는 용어의 사용은 하나이상의 바람직한 목적이나 결과를 달성하기 위해 본 발명의 실시 방식에서 사용되었음으로 하나이상의 요소 또는 성분 또는 수량의 사용을 나타낸다.
다양한 물리적 파라미터, 크기 또는 수량에서 언급된 수값은 오직 근사치일뿐이며 물리적 파라미터, 크기 또는 수량에 할당된 수값보다 높은 값들도 본 명세서에서 그와 반대되는 특정한 지적이 없는 한 본 발명과 청구항들의 범위내에 속하는 것으로 예상되었다.
본 발명의 특정 실시예들이 설명되었지만, 이들 실시예는 오직 실시예로만 제공되었으며, 본 발명의 범위를 제한하고자 하는 것이 아니다. 본 발명에 대한 고찰로부터 당업자들은 본 발명의 범위내에서 발명의 공정 또는 화합물 또는 식 또는 이들의 배합에서의 변경 및 수정을 실행할 수 있을 것이다. 이러한 변경 및 수정은 명확하게 본 발명의 정신을 벗어나지 않는다. 첨부 청구항들과 이들의 등가물들은 본 발명의 범위와 정신내에 있는 이러한 형태 또는 수정들을 포함하자는 것이다.

Claims (19)

  1. 컴팩트 중합체 겔에 있어서, 하기들:
    i. 겔의 총질량의 2.0-25.0%의 양으로, 초고분자량 폴리에틸렌 (UHMWPE);
    ii. 겔의 총질량의 0.05-3.0%의 양으로, 적어도 한 개의 핵형성제(nucleator);
    iii. 겔의 총질량의 0.025-1.0%의 양으로, 적어도 한 개의 충진제;
    iv. 적어도 한 개의 유체 매질, 을 포함하고
    상기 겔은 UHMWPE이 엔탱글먼트된 UHMWPE과 엔탱글먼트된 UHMWPE과 디스엔탱글먼트된 UHMWPE(dis-UHMWPE)의 결합물로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하며, 디스엔탱글먼트된-UHMWPE의 양은 엔탱글먼트된 UHMWPE의 양보다 작은 것을 특징으로 하는 컴팩트 중합체 겔.
  2. 제1항에 있어서, 겔 총 질량의 0.25-5.0%의 양으로 적어도 한 개의 항산화제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중합체 겔.
  3. 제2항에 있어서, 상기 항산화제는 트리스(2,4-디테르트-부틸페닐) 포스파이트 및 펜타에리트리톨 테트라키스(3-(3,5-디-테르트-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트)로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 한가지이고 두 개의 항산화제가 이용될 때, 제1항산화제 대 제2항산화제의 비율은 1:1-1:2인 것을 특징으로 하는 중합체 겔.
  4. 제1항에 있어서, 겔 총 질량의 0.1-1.5%의 양으로 적어도 한 개의 변형제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중합체 겔.
  5. 제4항에 있어서, 상기 변형제는 칼슘스테아레이트인 것을 특징으로 하는 중합체 겔.
  6. 제1항에 있어서, 디스엔탱글먼트된 UHMWPE의 몰질량은 50만-150만인 것을 특징으로 하는 중합체 겔.
  7. 제1항에 있어서, 상기 핵형성제(nucleator)는 디(3,4-디메틸벤질리덴) 소르비톨, 2,2'-메틸렌-비스-(4,6-디-테르트-부틸페닐) 포스페이트 소디움염(NA11) 및 알루미늄 히드록시 비스(2,2'-메틸렌비스[4,6-디(테르트-부틸)페닐]포스페이트(NA21)로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 한가지인 것을 특징으로 하는 중합체 겔.
  8. 제1항에 있어서, 상기 충진제는 4차 암모늄염으로 변형된 몬모릴로나이트 및 칼슘스테아레이트로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 중합체 겔.
  9. 제1항에 있어서, 상기 유체 매질은 지방성 탄화수소 및 비환식 탄화수소, 환식 탄화수소, 방향성 탄화수소, 할로겐화 탄화수소로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 한가지인 것을 특징으로 하는 중합체 겔.
  10. 제1항에 있어서, 상기 유체 매질은 씨스-데카히드로나프탈렌 및 트랜스-데카히드로나프탈렌, 데칼린, 광유, 디클로로벤젠으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 한가지인 것을 특징으로 하는 중합체 겔.
  11. 컴팩트 중합체 겔의 제조 공정에 있어서, 상기 공정은 하기 단계들:
    i. 초기에 겔 총질량의 2.0-25.0% 양으로 UHMWPE, 및 겔 총질량의 0.05-3.0% 양으로 적어도 한 개의 핵형성제(nucleator), 겔 총질량의 0.025-1.0% 양으로 적어도 한 개의 충진제, 선택적으로, 겔 총질량의 0.25-5.0% 양으로 적어도 한 개의 항산화제, 선택적으로, 겔 총질량의 0.1-1.5% 양으로 적어도 한 개의 변형제를 혼합하여 제1혼합물을 수득하는 단계;
    ii. 상기 제1혼합물을 유체 매질에 합체하여 제2혼합물을 수득하는 단계;
    iii. 50-200℃ 온도에서 상기 제2혼합물을 2-20시간 동안 불활성 조건하에서 가열하여 컴팩트 중합체 겔 조성물을 수득하는 단계;
    iv. 상기 중합체 겔 조성물을 냉각하여 냉각된 중합체 겔 조성물을 수득하는 단계
    v. 중합체 겔 조성물에서 초과의 유체 매질을 제거하여 컴팩트 중합체 겔을 수득하는 단계, 를 포함하는 컴팩트 중합체 겔의 제조 공정.
  12. 제11항에 있어서, UHMWPE이 엔탱글먼트된 UHMWPE과 엔탱글먼트된 UHMWPE과 디스엔탱글먼트된 UHMWPE(dis-UHMWPE)의 결합물로 이루어진 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하며, 디스엔탱글먼트된-UHMWPE의 양은 엔탱글먼트된 UHMWPE의 양보다 작은 것을 특징으로 하는 공정.
  13. 제11항에 있어서, 제거된 초과의 유체 매질을 재순환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공정.
  14. 상기 섬유 제조 공정에 있어서, 하기 단계들:
    i. 제11항에서 청구된 공정에 의하여 수득한 컴팩트 중합체 겔을 120-200℃ 온도에서 2-3kg/cm2의 압력으로 방적하여 겔 방적 섬유를 수득하는 단계;
    ii. 예정 온도 프로파일에서 겔 방적 섬유를 압출하여 균일 데니에 겔 방적 섬유를 수득하는 단계;
    iii. 5℃-30℃ 온도에서 적어도 한 개의 급냉 용매에서 상기 균일 데니에 겔 방적 섬유를 급냉하여 급냉된 겔 방적 섬유를 수득하는 단계;
    iv. 80℃-125℃ 온도에서 상기 급냉된 겔 방적 섬유를 건조하여 건조된 겔 방적 섬유를 수득하는 단계;
    v. 상기 건조된 겔 방적 섬유를 90-150℃ 온도에서 5-100의 인발 비율로 고온 연신하여 상기 섬유를 수득하는 단계, 를 포함하고 섬유의 인장세기가 2.5-10GPa이고 인장 모듈러스가 110-300GPa인 것을 특징으로 하는 공정.
  15. 제14항에 있어서, 상기 예정 온도 프로파일은 220℃-230℃-250℃및 205℃-220℃-240℃ 195℃-200℃-200℃ 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 한가지인 것을 특징으로 하는 공정.
  16. 제14항에 있어서, 상기 급냉 용매는 물과 아세톤, 헥산으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 한가지인 것을 특징으로 하는 공정.
  17. 제14항에 있어서, 상기 고온 연신 단계는 다중 고온 연신인 것을 특징으로 하는 공정.
  18. 제14항에 있어서, 상기 균일 데니에 겔 방적 섬유를 공기 연신 처리하는 것을 특징으로 하는 공정.
  19. 제1항에서 청구된 컴팩트 중합체 겔에서 수득한 섬유에 있어서, 2.5-10GPa의 인장 세기와 110-300GPa의 인장 모듈러스로 특징지어지는 섬유.
KR1020157035287A 2013-05-21 2014-05-21 컴팩트 중합체 겔 및 이로 제조한 섬유 KR20160010514A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IN1801/MUM/2013 2013-05-21
IN13MU1801 2013-05-21
PCT/IN2014/000345 WO2014195963A2 (en) 2013-05-21 2014-05-21 Compact polymeric gel and fibers made therefrom

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20160010514A true KR20160010514A (ko) 2016-01-27

Family

ID=57123137

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020157035287A KR20160010514A (ko) 2013-05-21 2014-05-21 컴팩트 중합체 겔 및 이로 제조한 섬유

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20160010514A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101775142B1 (ko) 고강도 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유 및 제조방법
US10190236B2 (en) High strength and high modulus ultra-high molecular weight polyethylene fibers
KR102054035B1 (ko) 끈목
KR101945943B1 (ko) 고강도 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유 및 그의 제조방법
KR101954356B1 (ko) 원착 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유 및 그의 제조방법
JP2017507216A5 (ko)
TW201608069A (zh) 高機能複絲
KR20170093792A (ko) 고강도 및 고탄성 탄소 섬유
KR101440570B1 (ko) 폴리에틸렌 섬유 및 그의 제조방법
US9915012B2 (en) Compact polymeric gel and fibers made therefrom
KR101992445B1 (ko) 폴리페닐렌 설파이드 필라멘트 섬유 제조방법 및 이에 의한 섬유
KR101235255B1 (ko) 나노 실리카 입자가 포함된 고강도 폴리에틸렌 멀티필라멘트 연신사의 제조방법
KR20160010514A (ko) 컴팩트 중합체 겔 및 이로 제조한 섬유
WO2018172983A1 (en) A compact polymeric gel and a process for preparaing the same
KR101405817B1 (ko) 고강도 저수축 산업용 폴리에스테르 섬유 및 그 제조 방법
KR101888065B1 (ko) 나일론 66 고강도 섬유 제조방법
KR101684874B1 (ko) 마모성이 개선된 폴리케톤 섬유 및 그 제조방법
KR102361350B1 (ko) 나일론 66 고강력 섬유 제조방법
KR101772586B1 (ko) 고강도 저수축 폴리프로필렌 섬유 및 제조방법
KR101954357B1 (ko) 자외선 안정 폴리에틸렌 멀티필라멘트 섬유 및 그의 제조방법
KR20080061157A (ko) 고강도 저수축 산업용 폴리에스테르 섬유 및 이의 제조방법
JP7260478B2 (ja) ポリアミドをゲル紡糸するための組成物および方法
JP2011106060A (ja) ポリアリーレンスルフィド繊維
JP2017172084A (ja) 高機能ポリエチレンマルチフィラメントからなる組紐
KR20170085880A (ko) 고강력 저수축의 폴리에틸렌테레프탈레이트 멀티필라멘트의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment