KR20160134295A

KR20160134295A - 방염성이 우수한 메타아라미드 섬유 및 그의 제조방법

Info

Publication number: KR20160134295A
Application number: KR1020150068128A
Authority: KR
Inventors: 장준형; 이현영; 호요승; 이민성; 남익현
Original assignee: 주식회사 휴비스
Priority date: 2015-05-15
Filing date: 2015-05-15
Publication date: 2016-11-23
Also published as: KR101703349B1

Abstract

본 발명은 메타-페닐렌 디아민(M-phenylene diamine, MPD)과 이소프탈로일클로라이드(Isophthaloyl chloride, IPC)로 중합된 메타아라미드를 용매에 녹여 메타아라미드 도프(Dope)를 형성하는 도프형성단계; 상기 메타아라미드 도프에 축광안료를 분산하는 축광안료첨가단계; 및 상기 축광안료를 함유하는 메타아라미드 도프를 방사하여 섬유로 형성하는 섬유형성단계를 포함하는 축광성을 갖는 메타아라미드 섬유 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

Description

방염성이 우수한 메타아라미드 섬유 및 그의 제조방법{Excellent flame retarding Meta-Aramid Fiber and Method for Preparing the Same}

본 발명은 방염성이 우수한 메타아라미드 섬유 및 그의 제조방법에 관한 것으로 보호복으로 많이 사용되는 메타아라미드 섬유를 이형단면으로 형성하여 방염성을 향상시킨 메타아라미드 섬유 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

1960년대 개발된 아라미드라는 방향족 폴리아미드는 지방족 폴리아미드인 나일론의 내열성을 개선시키기 위해 개발된 것으로 노멕스(Nomex), 케블라(Kevlar)와 같은 상품명으로 잘 알려져 있는 방향족 폴리아미드는 난연성 섬유직물, 타이어 코드 등의 섬유용도로 사용될 수 있는 뛰어난 내열성과 높은 인장강도를 갖는다.

일반적인 지방족 폴리아미드는 아미드기사이에 지방족 탄화수소가 결합되어 있는 합성수지이나, 아라미드(aramid)는 아미드기 사이에 벤젠기가 85%의 아미드 결합이 두 개의 방향족 고리에 결합되어 있는 합성수지를 말한다. 상기 지방족 폴리아미드의 지방족 탄화수소는 열을 가하면 쉽게 분자운동이 일어나는 데 반하여, 방향족 폴리아미드의 벤젠 환은 분자쇄가 강직하고 열을 가하여도 분자가 쉽게 움직이지 않으므로 열에 안정하고 탄성률이 높아 일반 지방족 폴리아미드와는 특성에 있어서 많은 차이를 나타낸다.

특히, 메타아라미드는 듀폰사에서 개발된 노멕스(Nomex), 데이진사에서 개발된 코넥스(Conex)가 대표적이다. 메타계 아라미드는 벤젠고리가 메타 위치에서 아미드기와 결합된 것으로 강도와 신도는 보통의 나일론과 비슷하나 열에 대한 안정성이 대단히 좋으며, 다른 내열용 소재에 비하여 가볍고 땀흡수도 어느정도 가능하므로 쾌적하다는 장점을 가지고 있어, 소방복, 경주용 자동차 운전자를 위한 유니폼, 우주 비행사 유니폼, 작업복 등의 내열용 의복 소재로 사용 되며, 산업용으로는 고온용 필터등으로 쓰인다.

상기와 같은 메타 아라미드를 섬유로 다양한 분야에 활용하기 위해 타섬유와 혼합하는 방법이 제시되고 있으며, 그 일환으로 대한민국 공개특허 제1990-0010102호에서는 아라미드섬유 및 폴리벤지미다졸섬유로 구성된 그룹으로부터 선택한 내열성 섬유로 된 심사와, 상기 심사를 둘러싸서 피복시키고 있는 내한성 섬유로 된 심사의 내피복사 및, 상기 심사의 내피복사를 둘러싸서 피복시키고 있는 내한성 섬유로 된 외피복사로 구성되는 내화성 안전복 제조용 코어방적사를 제공하고 있으며, 대한민국 공개특허 제2008-0062319호에서는 아라미드 섬유, 폴리벤즈이미다졸 섬유 및 열안정화되고 산화된 폴리아크릴로니트릴 섬유로 구성된 섬유중에서 선택한 내열성 섬유로 된 심사와 이 심사를 둘러싸서 피복시키고 있는 고강도, 터치감, 치수안정성이 우수한 섬유로 된 피복사로 구성되는안전복 제조용 코어방적사를 제시하고 있다.

또한, 신축성을 위해 대한민국 공개특허 제2011-0077229호에서는 스판덱스 필라멘트가 코어부로 이루어지고, 메타아라미드 필라멘트가 시쓰부로 이루어지는 메타아라미드/스판덱스 혼합방적사를 제시하고 있다.

그러나, 산업이 고도화되면서 현재의 메타아라미드 섬유 보다 더욱 방염성이 강화된 메타아라미드 섬유의 수요가 증가되고 있으나 이를 충족하는 메타아리마드 섬유의 개발이 미미한 실정이다.

본 발명은 상기와 같이 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로 메타아라미드 섬유의 단면을 변화시켜 종래의 메타아라미드 보다 방염성이 향상된 메타아라미드 섬유를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 습식방사되는 메타아라미드 섬유를 연신공정에서 단면에 변화를 주어 제조공정이 복합하지않은 방염성이 우수한 메타아라미드 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 메타-페닐렌 디아민(M-phenylene diamine, MPD)과 이소프탈로일클로라이드(Isophthaloyl chloride, IPC)로 중합된 메타아라미드를 용매에 녹여 메타아라미드 도프(Dope)를 형성하는 도프형성단계; 상기 도프를 아미드계 용매를 포함하는 응고액 속에서 방사하여 메타아라미드 섬유화하는 습식방사단계; 방사되는 메타아라미드 섬유를 응고액 속에서 연신하는 제1 연신단계; 연신된 메타아라미드 섬유를 함침 응고액에서 함침시키는 스웰링단계; 및, 스웰링된 메타아라미드 섬유를 응고액 속에서 닙롤러를 통해 압착하여 편평형 단면으로 형성하면서 연신하는 제2 연신단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방염성이 우수한 메타아라미드 섬유 제조방법을 제공한다.

또한, 상기 제1 연신단계의 연신비는 1.5~15배이고, 제2 연신단계의 연신비는 2~5배인 것을 특징으로 하는 방염성이 우수한 메타아라미드 섬유 제조방법을 제공한다.

또한, 상기 응고액은 디메틸아세트아미드(DMAc) 20~60중량%, 물 40~80중량%로 20~인 것을 특징으로 하는 방염성이 우수한 메타아라미드 섬유 제조방법을 제공한다.

또한, 상기 함침 응고액은 디메틸아세트아미드(DMAc) 5~50중량%, 물 40~80중량%, 염화칼슘(CaCl₂) 5~25중량%인 것을 특징으로 하는 방염성이 우수한 메타아라미드 섬유 제조방법을 제공한다.

또한, 상기 스웰링단계는 메타아라미드 섬유를 18~30시간 함침시키는 것을 특징으로 하는 방염성이 우수한 메타아라미드 섬유 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기의 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 방염성이 우수한 메타아라미드 섬유를 제공한다.

상기와 같이 본 발명에 따른 본 발명에 방염성이 우수한 메타아라미드 섬유는 섬유의 단면을 변화시켜 종래의 메타아라미드 보다 방염성이 향상된 효과가 있다.

또한, 메타아라미드 섬유를 습식방사로 제조하면서 연신공정에서 단면에 변화를 주어 제조공정이 복잡하지 않고 제조효율이 높은 제조공정성 우수한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 방염성이 우수한 메타아라미드 섬유 제조방법의 공정도를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 방염성이 우수한 메타아라미드 섬유의 단면을 평편화시키는 제2 연신공정을 개략적으로 나타낸 도면이다.

이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 '약', '실질적으로' 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.

본 발명은 메타-페닐렌 디아민(M-phenylene diamine, MPD)과 이소프탈로일클로라이드(Isophthaloyl chloride, IPC)로 중합된 메타아라미드 섬유의 단면을 편평단면으로 형성하여 방염성을 향상시킨 방염성이 우수한 메타아라미드 섬유 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

상기와 같은 본 발명의 방염성이 우수한 메타아라미드 섬유 제조방법은 도 1에서와 같이 도프형성단계, 습식방사단계, 제1 연신단계, 스웰링단계, 제2 연신단계를 포함하여 제조된다.

상기 도프형성단계는 도 1에서와 같이 메타-페닐렌 디아민(M-phenylene diamine, MPD)과 이소프탈로일클로라이드(Isophthaloyl chloride, IPC)을 중합하여 메타아라미드를 제조하는 중합공정과, 상기 중합된 메타아라미드를 용매에 녹여 혼합하는 용매 혼합공정으로 메타아라미드 도프를 형성한다.

상기 도프형성단계에서 상기 용매와 메타아라미드의 혼합율에 따라 메타아라미드 도프의 점도를 조절할 수 있는 것으로 방사에 적합하도록 상기 용매와 메타아라미드의 혼합율을 조절하는 것이 바람직할 것이다. 상기 메타아라미드 도프는 상기 용매에 10~40중량%의 메타아라미드가 함유되는 것이 바람직할 것이다.

상기 용매는 극성 아미드계 용매를 사용하는 것이 바람직하며, 본 발명에서는 디메틸아세트아미드(Dimethyl acetamide, DMAc), N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone, NMP), 디메틸포름아미드(Dimethyl formamide, DMF), 디메틸이미다졸리디논(Dimethyl imidazolidinone) 중 어느 하나의 화합물을 사용할 수 있으며, 가장 효과가 우수한 디메틸아세트아미드를 사용하는 것이 바람직할 것이다.

상기 습식방사단계는 상기 도프형성단계에서 제조되는 도프를 이용하여 습식방사를 통해 메타아라미드를 섬유화시키는 단계로 상기 메타아라미드 도프를 아미드계 용매와 물로 구성된 20~80℃의 응고액 중에 습식방사하여 다공질의 섬유상물로 응고하는 단계이다.

상기 제1 연신단계는 상기 응고액 속에서 방사된 메타아라미드 섬유를 연신하는 단계로 메타아라미드 섬유의 결정화를 위해 1.5~15배로 연신하는 것이 바람직할 것이다.

상기 스웰링단계는 연신된 메타아라미드 섬유를 수세, 열처리 등의 공정을 거치지 않고 함침 응고액에서 함침시켜 이후 공정인 제2 연신단계에서 섬유를 평편화시키기 위해 메타아라미드 섬유를 연하게 하는 단계이다.

상기 스웰링단계는 메타아라미드 섬유의 스웰링이 용이하도록 함침 응고액에 18~30시간 함침시키는 것이 바람직할 것이다.

상기 함침 응고액은 메타아라미드 섬유를 스웰링(swelling)이 원할이 발생되도록 디메틸아세트아미드(DMAc) 5~50중량%, 물 40~80중량%, 염화칼슘(CaCl₂) 5~25중량%로 형성하는 것이 바람직할 것이다.

상기 제2 연신단계는 도 2에서와 같이 스웰링된 메타아라미드 섬유를 20~80℃의 응고액 속에서 닙롤러(100)를 통해 메타아라미드 섬유가 롤러와 롤러 사이에서 압착하여 편평형 단면으로 형성하면서 연신하는 단계이다.

상기 제2 연신단계의 연신비는 2~5배로 연신하여 단면이 평편화된 메타아라미드 섬유이 형태가 유지되도록 결정화도를 높일 수 있다.

상기 제1 연신단계와 제2 연신단계에서의 응고액은 극성 아미드계 용매와 물의 혼합물로 극성 아미드계 용매는 디메틸아세트아미드(Dimethyl acetamide, DMAc), N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone, NMP), 디메틸포름아미드(Dimethyl formamide, DMF), 디메틸이미다졸리디논(Dimethyl imidazolidinone) 중 어느 하나의 화합물을 사용할 수 있으며, 본 발명에서는 디메틸아세트아미드를 사용하는 것이 바람직하며, 상기 디메틸아세트아미드(DMAc) 20~60중량%, 물 40~80중량%를 혼합하여 사용하는 것이 바람직할 것이다.

상기와 같이 제2 연산단계 후에는 일반적인 메타아라미드 섬유 제조공정과 같이 세정단계와 열처리단계를 더 실시할 수 있을 것이다.

이하 본 발명에 따른 방염성이 우수한 메타아라미드 섬유를 제조하기 위한 방법의 실시예를 나타내지만, 본 발명이 실시예로 한정되는 것은 아니다.

실시예

메타-페닐렌 디아민(M-phenylene diamine, MPD)과 이소프탈로일클로라이드(Isophthaloyl chloride, IPC)로 중합된 메타아라미드를 용매인 디메틸아세트아미드에 녹여 메타아라미드 농도가 20중량%인 메타아라미드 도프(Dope)를 형성하였다.

상기 메타아라미드 도프를 디메틸아세트아미드 45중량%, 물 55중량%의 50℃응고액 속에서 습식방사하였으며, 연신비 6배로 제1 연신단계를 실시하여 메타아라미드 섬유를 제조하였다.

상기 메타아라미드 섬유를 물 70중량%, 디메틸아세트아미드 20중량%, 염화칼슘(CaCl₂) 10중량%인 함침 응고액에 함침시킨 후 24시간 동안 스웰링단계를 실시한 후, 스웰링된 메타아라미드 섬유를 디메틸아세트아미드 45중량%, 물 55중량%의 50℃응고액 속에서 닙롤러를 통해 연신비 3배로 연신하는 제2 연신단계를 실시하여 본 발명에 따른 방염성이 우수한 메타아라미드 섬유를 제조하였다.

비교예

스웰링단계, 제2 연신단계를 제외하고 상기 실시예와 동일한 방법으로 메타아라미드 섬유를 제조하였다.

◈ 메타아라미드 섬유의 방염성 평가

상기 실시예 및 비교예에서 제조된 메타아라미드 섬유를 KS K 0585의 실험방법으로 실시예는 5회, 비교예는 2회의 방염성을 측정하여 표 1에 나타내었다.

구분		실시예					비교예
구분		1회	2회	3회	4회	5회	1회	2회
방화도	잔염시간(초)	1	1	1	1	1	2	2
	잔신시간(초)	1	1	1	1	1	2	2
	탄화거리(㎝)	3	2	3	2	1	4	5

표 1에서와 같이 본 발명에 따른 방염성이 우수한 메타아라미드 섬유는 잔염시간, 잔신시간 및 탄화거리 측정에서 비교예의 보다 우수한 방염성을 가진 것으로 평가된 것으로 높은 방화도를 갖는 것을 알 수 있을 것이다.

Claims

메타-페닐렌 디아민(M-phenylene diamine, MPD)과 이소프탈로일클로라이드(Isophthaloyl chloride, IPC)로 중합된 메타아라미드를 용매에 녹여 메타아라미드 도프(Dope)를 형성하는 도프형성단계;
상기 도프를 아미드계 용매를 포함하는 응고액 속에서 방사하여 메타아라미드 섬유화하는 습식방사단계;
방사되는 메타아라미드 섬유를 응고액 속에서 연신하는 제1 연신단계;
연신된 메타아라미드 섬유를 함침 응고액에서 함침시키는 스웰링단계;
스웰링된 메타아라미드 섬유를 응고액 속에서 닙롤러를 통해 압착하여 편평형 단면으로 형성하면서 연신하는 제2 연신단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방염성이 우수한 메타아라미드 섬유 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 연신단계의 연신비는 1.5~15배이고, 제2 연신단계의 연신비는 2~5배인 것을 특징으로 하는 방염성이 우수한 메타아라미드 섬유 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 응고액은 디메틸아세트아미드(DMAc) 20~60중량%, 물 40~80중량%인 것을 특징으로 하는 방염성이 우수한 메타아라미드 섬유 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 스웰링단계에서 상기 함침 응고액은 디메틸아세트아미드(DMAc) 5~50중량%, 물 40~80중량%, 염화칼슘(CaCl₂) 5~25중량%이며, 메타아라미드 섬유를 18~30시간 함침시키는 것을 특징으로 하는 방염성이 우수한 메타아라미드 섬유 제조방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 방염성이 우수한 메타아라미드 섬유.