KR20160141882A - 적층 아라미드 종이 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 지력이 우수한 아라미드 종이에 지합이 우수한 아라미드 종이를 캘린더링으로 적층하여 열팽창계수, 전기전도성, 열전도성이 균일한 적층 아라미드 종이 및 그 제조방법에 관한 것으로. 보다 구체적으로는 아라미드 플럭과 아라미드 펄프를 포함하는 제1혼합물로 이루어지는 지력이 우수한 기포지 위에 지합이 우수한 아라미드 플럭과 20 중량% 이상의 미세분을 포함하는 아라미드 펄프를 포함하는 제2혼합물을 도포하여 캘린더링으로 결합한 적층 아라미드 종이 및 그 제조방법에 대한 것으로 본 발명에 따른 적층 아라미드 종이의 제조방법은 별도의 중합체, 합성수지 등의 결합재가 존재하지 않고 아라미드 단섬유만으로 구성되므로 열팽창계수, 전기전도성, 열전도성의 물성의 차이가 적어야 하는 정밀을 요하는 소재나 부품에 적용에 적용이 가능하고 보다 구체적으로는 지력과 지합이 우수하여 하니콤, 전기 절연지, PCB 기판 등에 적용가능 할 뿐만 아니라, 이러한 방법으로 아라미드 종이를 제조함에 있어서 원지의 이송 불량, 강력의 불균일 및 플럭 간의 응집을 해소 또한 가능한 장점이 있다.
Description
본 발명은 지력이 우수한 아라미드 종이에 지합이 우수한 아라미드 종이를 캘린더링으로 적층하여 열팽창계수, 전기전도성, 열전도성이 균일한 적층 아라미드 종이 및 그 제조방법에 관한 것으로. 보다 구체적으로는 아라미드 플럭과 아라미드 펄프를 포함하는 제1혼합물로 이루어지는 지력이 우수한 기포지 위에 지합이 우수한 아라미드 플럭과 20 중량% 이상의 미세분을 포함하는 아라미드 펄프를 포함하는 제2혼합물을 도포하여 캘린더링으로 결합한 적층 아라미드 종이 및 그 제조방법에 대한 것이다.
산업용 종이의 대표적인 용도로는 전기 절연지, 허니콤(honeycomb), 세퍼레이터, 필터 등이 있고, 이러한 산업용 종이의 물성으로는 각각의 용도에 따른 전기절연성, 기계적 물성 및 경량성, 균일성 및 다공성 등이 있으나, 모든 용도에 있어서 이러한 각각의 용도에 따른 필수적인 물성에 앞서 공통적으로는 우수한 지력과 지합을 가져야 한다.
대표적으로 아라미드를 이용한 산업용 종이인 아라미드 섬유를 이용한 허니콤은 파라-아라미드 섬유, 펄프 및 다른 섬유질 재료에 결합제 또는 수지코팅을 포함하는 아라미드 종이를 이용하여 제조되고 있고, 이러한 아라미드 종이의 제조에 사용되는 결합제의 대표적인 예로 US 6551456 B호에서는 폴리에스테르 섬유를 아라미드 펄프의 결합재로 사용하여 다공성 종이를 제조하고 이러한 종이는 열경화성 구조용 수지의 함침성이 개선될 수 있다고 기재하고 있다. 또한, 한국 공개특허 KR2009-0091811A호에서는 매트릭스 수지의 경화 온도 초과의 용융온도와 100 oC 초과 유리전이 온도를 가지는 열가소성 섬유를 결합제로 사용하여 아라미드 종이를 제조하는 기술에 대하여 기재되어 있다. 한편, 수지코팅을 통한 허니콤용 종이의 제조기술에 대한 대표적인 예로는 한국 공개특허 KR 2010-0094543 A에 메타-아라미드 피브리드를 페놀계, 폴리이미드, 에폭시 등의 코팅제를 이용하여 허니콤용 종이를 제조하는 기술이 기재되어 있다.
또한, 휴대 전화 및 고압 케이블 등에 사용되는 전기 절연지는 각각의 용도에 따라 추가적인 소정의 내열성이 요구되고 있어 양호한 전기 절연성을 가지며, 내열성을 갖는 절연성 시트로서 엔지니어링 플라스틱의 일종인 방향족 폴리아미드(아라미드)의 펄프 또는 섬유로 구성된 시트의 제조 및 그 응용에 대하여 최근 많은 연구 및 개발이 진행되고 있으나, 아라미드 펄프 또는 섬유만으로 이루어진 시트는 일반적으로 유연성 및 강력이 부족하여 아라미드 섬유와 다른 섬유를 결합재로 혼용하여 사용함으로써 이러한 강력 및 유연성을 보완하려는 연구 및 개발이 진행되어 왔고, 이와 관련한 종래 기술로 일본 특허 JP 2535418 B에서 개시하고 있는 아라미드 절연지는 아라미드와 폴리에스테르 섬유를 혼합함으로써 굽힘 강성을 낮추어 유연성은 확보하였으나 전기절연성과 내열성이 다시 저하되는 단점을 가지고, 일본 특허 JP 5591046 B에서는 폴리카보네이트 섬유를 아라미드와 혼합하여 내열성의 단점을 다소 보완하였으나 전기절연성에 있어서는 아라미드만을 이용한 절연지에 비하여는 균일한 전기 절연성을 확보하지는 못하였다.
최근에는 이러한 단점을 보완하기 위하여, 한국 공개특허 KR 2014-0040096 A에서는 아라미드 펄프와 다른 특정의 제트 스핀 공정을 통하여 제조한 40 내지 100중량%의 파라 아라미드 필름형 피브리드와 결합제로 무기 충전제 등을 혼합 사용하여 전기 절연지를 제조하는 기술이 개시되어 있고, 한국 공개특허 KR 2014-0038935 A에서는 아라미드 마이크로 필라멘트와 비-수지형 결합제로 아라미드 피브리드 또는 펄프를 사용하여 전기 절연지를 제조하는 기술에 대하여 개시하고 있다.
한편, 단일층의 아라미드 단섬유만으로는 용도에 따른 물성을 만족시키기 어려우므로 아라미드 종이 및 중합체를 이용한 적층물을 제조하기 위한 기술이 개발되고 있고, 이와 관련된 대표적인 기술은 한국 공개특허 KR 2005-0071531 A에 기재된 바와 같이 캘린더링을 통하여 아라미드 종이를 형성하고 그 위에 폴리에스테르계 중합체 또는 공중합체를 적용하는 기술이 개시되어 있다.
그러나, 이러한 종래의 제조기술에 따른 아라미드 종이는 아라미드 펄프 또는 피브리드 이외에도 필수적으로 아라미드 보다 강력이 낮은 열가소성 섬유 또는 무기 충전제 등의 결합제에 대한 구성을 가지고 있어, 열팽창계수, 전기전도성, 열전도성의 물성의 차이가 발생할 수 있으므로 정밀을 요하는 소재나 부품에 적용이 곤란한 단점을 가지고 있을 뿐만 아니라 아라미드 단섬유만을 이용하여 원지의 이송 불량, 강력의 불균일 및 플럭 간의 응집을 해소하고 지력과 지합이 우수하여 다양한 산업용 분야에 적용할 수 있는 종이를 제조할 수 있는 구체적인 기술은 제공하지 못하고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 도출한 것으로서, 본 발명의 목적은 지력이 우수한 아라미드 종이에 지합이 우수한 아라미드 종이를 캘린더링으로 적층하여 열팽창계수, 전기전도성, 열전도성이 균일한 적층 아라미드 종이 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면은 아라미드 플럭과 아라미드 펄프로 이루어지는 지력이 우수한 기포지 위에 일정비율 이상의 미세분을 포함하는 아라미드 펄프를 캘린더링으로 결합한 지합이 우수한 적층 아라미드 종이 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 측면은 별도의 중합체 또는 수지 등의 결합재를 사용하지 않는 아라미드 단섬유만을 사용하여 물성이 다른 이종의 특성을 가지는 아라미드 종이를 캘린더링을 이용한 적층방법을 통하여 열팽창계수, 전기전도성, 열전도성이 균일한 적층 아라미드 종이 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
종래의 아라미드 단섬유를 이용한 산업용 원지는 아라미드 펄프, 플럭, 또는 피브리드 이외에도 필수적으로 아라미드 보다 강력이 낮은 열가소성 섬유 또는 수지로 이루어지는 결합제에 대한 구성을 가지고 있으므로, 원지의 기계적 물성이 저하 또는 다공성 감소에 따른 경량화의 단점이 존재할 뿐만 아니라 원지의 이송 및 강력의 불균일 및 플럭 간의 응집을 해소하기 위한 구체적인 기술은 제공하지 못하고 있다. 또한 섬유장이 긴 펄프를 사용하여 지력이 우수한 아라미드 종이를 제작할 경우 비교적 공극이 많게 되어 지합이 떨어지게 된다.
따라서 본 발명에서는 이 단점을 보완하기 위하여 지력이 우수한 아라미드 종이를 기포지로 활용하여 섬유장이 짧고 미세분의 함량이 많은 펄프를 도포한 후 캘린더링을 통하여 다수의 공극을 미세분이 채워줌으로써 결합재를 사용하지 않고도 한쪽 면은 우수한 지합을 가지게 되어 다양한 용도로 적용할 수 있는 아라미드 종이 및 그 제조방법이 제공된다.
본 발명에 따른 적층 아라미드 종이는 아라미드 플럭과 아라미드 펄프를 포함하는 제1혼합물로 이루어지는 기포지; 상기 기포지 위에 아라미드 플럭과 20 중량% 이상의 미세분을 포함하는 아라미드 펄프를 포함하는 제2혼합물을 도포하여 캘린더링으로 결합될 수 있다.
또한, 상기 제1혼합물과 제2혼합물은 아라미드 플럭 20 내지 40 중량%, 아라미드 펄프 60 내지 80 중량%를 포함할 수 있다.
또한, 상기 아라미드 플럭의 길이는 4 mm 내지 8 mm 이고, 상기 아라미드 펄프의 길이는 0.5 mm 내지 0.8 mm 이며, 상기 아라미드 펄프는 여수도가 150 내지 250 ml일 수 있다.
본 발명에 따른 적층 아라미드 종이의 제조방법은 아라미드 플럭과 아라미드 펄프를 포함하는 제1혼합물을 준비하는 제1혼합물 준비단계; 상기 제1혼합물로 기포지를 제조하는 기포지 제조단계; 아라미드 플럭과 20 중량% 이상의 미세분을 포함하는 아라미드 펄프를 포함하는 제2혼합물을 준비하는 제2혼합물 준비단계; 상기 기포지 위에 준비된 제2혼합물을 도포하는 제2혼합물 도포단계; 상기 제2혼합물과 기포지를 캘린더링으로 결합하는 캘린더링 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1혼합물과 제2혼합물은 아라미드 플럭 20 내지 40 중량%, 아라미드 펄프 60 내지 80 중량%를 포함할 수 있다.
또한, 상기 아라미드 플럭의 길이는 4 mm 내지 8 mm 이고, 상기 아라미드 펄프의 길이는 0.5 mm 내지 0.8 mm 이며, 상기 아라미드 펄프는 여수도가 150 내지 250 ml일 수 있다.
본 발명에 따른 적층 아라미드 종이는 별도의 중합체, 합성수지 등의 결합재가 존재하지 않고 아라미드 단섬유만으로 구성되므로 열팽창계수, 전기전도성, 열전도성의 물성의 차이가 적어야 하는 정밀을 요하는 소재나 부품에 적용에 적용이 가능하고 보다 구체적으로는 지력과 지합이 우수하여 하니콤, 전기 절연지, PCB 기판 등에 적용가능 할 뿐만 아니라, 이러한 방법으로 아라미드 종이를 제조함에 있어서 원지의 이송 불량, 강력의 불균일 및 플럭 간의 응집을 해소 또한 가능한 장점이 있다.
본 발명은 적층 아라미드 종이의 지력과 지합을 향상시키기 위하여 파라 아라미드 펄프 특히 섬유장이 길고 피브릴이 발달된 펄프를 아라미드 플록과 함께 사용함으로서 추가적인 결합제를 사용하지 않고도 원지의 강력이 향상된 아라미드 기포지를 제조하고, 제조된 기포지 위에 지합을 향상시키기 위하여 파라 아라미드 플럭과 함께 섬유장이 일정길이 이하, 피브릴 발달이 일정 이상 및 미세분 함량이 일정비율 이상인 아라미드 펄프를 일정비율 사용하여 도포 후 캘린더링으로 결합함으로서 추가적인 결합제를 사용하지 않고도 지력과 지합이 우수한 적층 아라미드 종이 및 종이 및 그의 제조방법에 대한 것이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 용어의 정의는 다음과 같지만 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
"섬유"는 길이에 대해 수직한 단면적을 가로질러 높은 길이 대 폭의 비율을 갖는 비교적 가요성인 물질의 단위를 의미하고, "필라멘트"라는 용어와 상호교환적으로 사용된다. 본원에 기재된 필라멘트의 단면은 임의의 형상일 수 있지만, 전형적으로는 원형 또는 콩 형상이다. 보빈 상에 패키지로 방사된 섬유를 연속 섬유라 칭한다. 섬유는 스테이플 섬유라 불리는 짧은 길이로 절단될 수 있다. 섬유는 플록이라 불리는 더 짧은 길이로 절단될 수 있다. 얀, 다중필라멘트 얀 또는 토우는 다수의 섬유를 포함한다. 얀은 얽히고/얽히거나 꼬일 수 있다.
"스테이플 섬유"는 필라멘트를 15 cm 이하, 바람직하게는 3 내지 15 cm; 및 가장 바람직하게는 3 내지 8 cm의 길이로 절단하여 제조될 수 있다. 스테이플 섬유는 직선형 (즉, 비-권축가공됨)이거나 또는 권축가공되어 임의의 크림프 (또는 반복벤드) 빈도로 이의 길이를 따라 톱니 형상의 크림프를 갖는다. 섬유는 비코팅 또는 코팅, 또는 예비처리된 (예를 들어, 예비-연신 또는 열-처리된) 형태로 존재할 수 있다.
"아라미드"란 전 방향족 폴리아미드를 의미하는 것으로 화학구조적으로는 벤젠고리를 연결하는 결합의 60몰% 이상이 아미드기인 것을 특징으로 하는 선형 합성 고분자라고 정의한다. 아라미드는 벤젠고리에의 아미드 기의 치환위치에 있어서 파라아라미드, 메타아라미드 및 이들의 공중합체로 분류된다. 파라아라미드는 폴리파라페닐렌 테레프탈아미드 및 그 공중합체, 폴리(파라페닐렌)-코폴리(3,4디페닐에테르)테레프탈아미드 등을 예시로 들 수 있고, 메타아라미드는 폴리메타페닐렌 이소프탈아미드 및 그 공중합체를 예시로 들 수 있다. 본 발명에서는 파라아라미드가 보다 바람직하게 선택될 수 있다.
"아라미드 펄프"란 아라미드로 이루어진 피브릴화된 미소 섬유로 아라미드 펄프는 통상의 목재 펄프와 같은 초지성을 가지기 위하여 수중 분산 후 초지기에서 시트형으로 형성할 수 있고 이 경우 기계적 특성을 향상시키기 위해서 고해기 등의 설비를 이용하여 분산된 상태에서 개개의 단섬유의 피브릴화를 유도한다.
보다 구체적으로 아라미드 펄프의 제조 및 피브릴화 방법은 먼저, 권취된 아라미드 필라멘트를 로터리 커터를 이용하여 절단하여 일정한 길이의 아라미드 단섬유를 제조한다. 다음으로, 아라미드 단섬유 내에 있는 이물질 즉 미분이나 유제 등을 제거하기 위해 수세를 실시하는데, 용이하게 상기 이물질을 제거하기 위해 상온 이상의 온도에서 실시하는 것이 바람직하다.
이어서, 수세된 아라미드 단섬유를 물에 분산시켜 균질한 슬러리를 만드는 해리 공정을 수행한다. 상기 해리 공정은 잔류하는 유제 등을 추가적으로 제거하고 아라미드 단섬유들의 분산성을 향상시키고자 상온 이상의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다. 상기 해리 공정을 통해 아라미드 단섬유 각각은 복수 개의 모노 필라멘트들로 분리된다. 상기 슬러리의 아라미드 단섬유의 농도는 1.0 내지 2.0 중량%가 바람직하다.
이어서, 상기 해리 공정을 통해 물에 균일하게 분산된 슬러리를 고해 공정을 실시한다. 고해공정에서는 리파이너를 이용하여 상기 아라미드 단섬유를 분리시키고 절단할 뿐만 아니라 피브릴화 하여, 아라미드 단섬유의 평균 길이가 0.5 내지 5 mm인 피브릴화된 아라미드 단섬유를 제조한다.
선택적으로, 아라미드 단섬유의 피브릴화가 원활하게 진행되지 않는 경우, 해리 공정과 고해 공정을 반복하여 수행할 수도 있다. 고해 공정을 통해 피브릴화된 아라미드 단섬유를 포함하게 된 슬러리는 초지(sheet)로 만들어지고, 이어서 상기 초지로부터 수분을 1차로 제거하기 위한 스퀴징 공정이 수행되고 1차로 수분 제거된 초지는 건조됨으로써 2차로 수분이 제거된다. 이어서, 건조된 초지를 파쇄하여 최종 아라미드 펄프를 제조한다.
한편, 고해 공정은 아라미드 펄프의 여수도(캐나다 표준 여수도: Canadian Standard Freeness)를 결정하는 중요한 공정 중 하나이다. 왜냐하면, 고해 공정을 통한 아라미드 단섬유의 피브릴화 정도에 따라 아라미드 펄프의 여수도에 큰 차이를 나타내기 때문이다. 즉, 피브릴화 정도가 우수하면 펄프의 여수도가 낮아지게 되는데, 이는 아라미드 펄프의 분산성이 우수함을 의미한다. 반면, 피브릴화 정도가 나쁘면 펄프의 여수도가 높게 되는데, 이는 아라미드 펄프의 분산성이 열악함을 의미한다. 또한, 아라미드 펄프는 균일한 물성을 가지는 것이 중요하다. 만일, 피브릴화가 불균일하면 여수도의 편차도 커지게 된다. 여수도의 편차가 커지게 되면, 이를 적용한 최종 제품도 제품별로 물성의 차이가 커져 불량률이 증가하게 된다.
"플록"은 스테이플 섬유 보다 더 짧은 길이의 섬유를 의미한다. 플록은 약 0.5 내지 약 15 mm의 길이 및 4 내지 50 마이크로미터의 직경, 바람직하게는 1 내지 12 mm의 길이 및 8 내지 40 마이크로미터의 직경을 갖는다. 약 1 mm 미만인 플록은 그것이 사용될 물질의 강도에 유의하게 영향을 주지 않는다. 약 15 mm를 초과하는 플록 또는 섬유는 대체로 제 기능을 발휘하지 못하는데, 그 이유는 개별 섬유가 얽힐 수 있고 물질 또는 슬러리 전체에 적절하고 균질하게 분산될 수 없기 때문이다. 아라미드 플록은 예를 들어 미국 특허 제3,063,966호, 제3,133,138호, 제3,767,756호, 및 제3,869,430호에 기재된 방법에 의해 제조된 것과 같이 유의한 또는 임의의 피브릴화 없이 아라미드 섬유를 짧은 길이로 절단하여 제조된다.
"피브리드"는 비-과립형, 섬유질 또는 필름 유사 입자를 의미한다. 이들은 바람하게는 320 이상의 융점 또는 분해 온도를 갖는다. 피브리드는 웹에 의해 연결된 섬유 유사 영역을 갖는다는 점에서 섬유가 아니라 섬유질이다. 피브리드는 종횡비 5:1 내지 10:1과 0.2 내지 1.0 mm의 평균 길이를 갖는다. 피브리드 웹의 두께는 1 또는 2 마이크로미터 미만이며 전형적으로 1 마이크로미터 이하의 소수이다. 건조되기 전, 피브리드는 습윤 상태로 사용될 수 있고 제품의 다른 성분 주변에 물리적으로 꼬인 결합제로서 침착될 수 있다. 피브리드는 중합체 용액이 단일 단계로 침전되고 전단되는 미국 특허 제3,018,091호에서 개시된 유형의 피브리드화 장치를 사용하는 것을 포함하는 임의의 방법으로 제조될 수 있다.
"피브릴"은 1 마이크로미터 이하의 소수 내지 수 마이크로미터의 작은 직경을 갖고 약 10 내지 100 마이크로미터의 길이를 갖는 작은 섬유를 의미한다. 피브릴은 일반적으로 4 내지 50 마이크로미터의 직경을 갖는 더 큰 섬유의 주 트렁크(trunk) 로부터 연장된다. 피브릴은 후크 또는 패스너로 작용하여 인접 물질을 걸리게 하여 포착한다. 일부 섬유는 피브릴화되지만, 다른 섬유는 피브릴화되지 않거나 또는 효과적으로 피브릴화되지 않고 이 경우 상기 섬유는 피브릴화되지 않는다. 폴리(메타-페닐렌 테레프탈아미드) 섬유는 연마시, 쉽게 피브릴화되어 피브릴을 생성한다. 폴리(메타-페닐렌 이소프탈아미드) 섬유는 피브릴화되지 않는다.
"아라미드 플럭"은 아라미드로 이루어진 피브릴화 되지 않은 짧은 길이로 연속필라멘트를 절단하여 제조되는 단섬유로 아라미드 플럭의 길이는 통상적으로 1 내지 50 mm 정도로 길이가 1 mm 보다 작으면 시트의 보강효과가 감소하고, 길이가 50 mm 이상이면 시트를 형성할 때 엉킴의 발생 가능성이 커서 결합의 원인이 되기 쉽기 때문에 바람직하지 않다고 알려져 있다.
그러나 본 발명에서는 3 mm 이하의 플럭을 사용하는 경우에는 원지 이송이 어려울 뿐만 아니라 강력의 불균일이 발생하였고, 9 mm 이상의 경우에는 플럭간 응집이 발생하여, 아라미드 플럭의 길이가 4 mm 내지 8 mm인 경우가 아라미드 플럭과 아라미드 펄프를 포함하는 제1혼합물로 이루어지는 기포지의 제조에 바람직하다.
또한 아라미드 플럭과 아라미드 펄프를 포함하는 제1혼합물로 이루어지는 기포지의 제조에 있어서 아라미드 펄프 60 내지 80 중량%와 아라미드 플럭 20 내지 40 중량%로 혼합하여 사용하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 발명의 기포지 위에 아라미드 플럭과 20 중량% 이상의 미세분을 포함하는 아라미드 펄프를 포함하는 제2혼합물을 제조함에 있어서, 3 mm 이하의 플럭을 사용하는 경우에는 원지 이송이 어려울 뿐만 아니라 강력의 불균일이 발생하였고, 9 mm 이상의 경우에는 플럭간 응집이 발생하여, 아라미드 플럭의 길이가 4 mm 내지 8 mm인 경우가 제2혼합물의 제조에 바람직하다.
또한, 본 발명의 기포지 위에 아라미드 플럭과 20 중량% 이상의 미세분을 포함하는 아라미드 펄프를 포함하는 제2혼합물을 제조함에 있어서, 아라미드 펄프 60 내지 80 중량%와 아라미드 플럭 20 내지 40 중량%로 혼합하여 사용하는 것이 보다 바람직하고, 아라미드 펄프는 20 중량% 이상의 미세분을 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
이하에서는 본 발명의 적층 아라미드 종이 및 그의 제조방법에 대하여 실시예를 참조하여 구체적으로 설명한다.
제조예 1: 아라미드 플럭의 제조
1,000kg의 N-메틸-2-피롤리돈을 80 oC로 유지시키고 여기에 염화칼슘 80 kg과 48.67 kg의 파라-페밀렌디아민을 녹여서 방향족 디아민 용액을 제조 하였다. 상기 방향족 디아민 용액을 중합용 반응기 내로 투입함과 동시에 파라-페닐렌디아민과 같은 몰량의 용융 테레프탈로일 클로라이드를 중합용 반응기 내로 투입한 후 이들을 교반하여 고유점도가 6.8인 폴리(파라-페닐렌 테레프탈아미드) 중합체를 제조하였다.
다음으로 제조된 중합체를 99% 농황산에 용해시켜 중합체 함량이 18 중량%인 광학적 비등방성 방사도프를 제조하였다. 제조된 방사도프를 방사구금을 이용하여 방사한 후 공기층을 거쳐 응고조 내에서 응고시킴으로써 필라멘트를 제조하였다. 상기 필라멘트를 수세 및 건조한 후 와인더로 권취함으로써 폴리(파라-페닐렌테레프탈아미드) 필라멘트가 얻어졌다. 상기 폴리(파라-페닐렌테레프탈아미드) 필라멘트를 로터리 커터를 이용하여 절단하여 일정 길이(3, 6, 9 mm)로 절단하여 아라미드 플럭으로 사용하였다.
제조예 2: 아라미드 펄프의 제조
상기 제조예 1에서 제조한 6mm 이상 길이의 아라미드 플럭 20 kg을 1,000 L의 물에 분산시켜 균질한 슬러리를 제조하였다. 이렇게 제조된 슬러리를 리파이너가 장착된 고해기에 투입한 후 일정시간 고해시킨 후 샘플링을 통하여 아라미드 펄프의 비표면적(Specific Surface Area: SSA), 캐나다 표준 여수도(Canadian Standard Freeness: CSF) 및 섬유장(Fiber Length: FL)등 아라미드 펄프의 기본 물성들을 조절할 수 있도록 고해공정의 계속여부를 판단하며 고해공정을 진행하였다. 고해공정을 마친 슬러리를 필터를 이용하여 탈수하고 건조하여 보관하였다. 건조된 초지를 분쇄기를 이용하여 작은 조각들로 파쇄 하여 최종 아라미드 펄프를 제조하였다.
제조예 3: 미세분의 함량이 20% 이상인 아라미드 펄프의 제조
상기 제조예 1에서 제조한 서로 다른 길이의 아라미드 플럭 중 3 mm 길이의 플럭의 함량을 10 내지 20 중량%, 6 mm 길이 이상의 플럭을 80 내지 90 중량%의 비율로 혼합된 아라미드 플럭 20 kg을 1,000 L의 물에 분산시켜 균질한 슬러리를 제조하였다. 이렇게 제조된 슬러리를 리파이너가 장착된 고해기에 투입한 후 일정시간 고해시킨 후 샘플링을 통하여 아라미드 펄프의 비표면적(Specific Surface Area: SSA), 캐나다 표준 여수도(Canadian Standard Freeness: CSF) 및 섬유장(Fiber Length: FL)등 아라미드 펄프의 기본 물성들을 조절할 수 있도록 고해공정의 계속여부를 판단하며 고해공정을 진행하였다. 고해공정을 마친 슬러리를 필터를 이용하여 탈수하고 건조하여 보관하였다. 건조된 초지를 분쇄기를 이용하여 작은 조각들로 파쇄 하여 최종 아라미드 펄프를 제조하였는데 이러한 아라미드 펄프는 미세분의 함량이 20% 이상이었다.
실시예 1: 적층 아라미드 종이의 제조
상기 제조예 1에서 제조된 6 mm 길이의 아라미드 플럭 3 kg과 상기 제조예 2에서 제조된 아라미드 펄프 7 kg을 1,000 L의 물에 분산시켜 균질한 슬러리를 제조하였다. 이렇게 제조된 슬러리를 초지 형태로 만든 후 스퀴징 롤에서 수분을 제거하여 평량 50g/m2의 기포지를 제조하였다.
제조된 기포지 위에 상기 제조예 1에서 제조된 6 mm 길이의 아라미드 플럭 3 kg과 상기 제조예 3에서 제조된 미세분의 함량이 20% 이상인 아라미드 펄프 7 kg을 1,000 L의 물에 분산시켜 균질한 슬러리를 제조하였다. 제조된 슬러리를 지포지 위에 도포 한 후 이렇게 제조된 슬러리를 초지 형태로 만든 후 스퀴징 롤에서 수분을 제거하고, 수분 제거된 초지를 105 oC 온도에서 양키 드라이를 사용하여 5 m/min 속도로 건조하였다. 이후 250 oC 온도의 hot roller를 사용하여 3 m/min 속도로 합지 평량 100 g/m2의 아라미드 종이를 제조하였다.
비교예 1
상기 제조예 1에서 제조된 6 mm 길이의 아라미드 플럭 3 kg과 상기 제조예 2에서 제조된 아라미드 펄프(별도의 미세분 함량을 증가시키는 공정을 거치지 않음) 7 kg을 1,000 L의 물에 분산시켜 균질한 슬러리를 제조하였다. 이렇게 제조된 슬러리를 초지 형태로 만든 후 스퀴징 롤에서 수분을 제거하고, 수분 제거된 초지를 105 oC 온도에서 양키 드라이를 사용하여 5 m/min 속도로 건조하였다. 이후 250 oC 온도의 hot roller를 사용하여 3 m/min 속도로 평량 100 g/m2의 아라미드 종이를 제조하였다.
비교예 2
상기 제조예 1에서 제조된 6 mm 길이의 아라미드 플럭 3 kg과 상기 제조예 3에서 제조된 미세분의 함량이 20% 이상인 아라미드 펄프 7 kg을 1,000 L의 물에 분산시켜 균질한 슬러리를 제조하였다. 이렇게 제조된 슬러리를 초지 형태로 만든 후 스퀴징 롤에서 수분을 제거하고, 수분 제거된 초지를 105 oC 온도에서 양키 드라이를 사용하여 5 m/min 속도로 건조하였다. 이후 250 oC 온도의 hot roller를 사용하여 3 m/min 속도로 평량 100 g/m2의 아라미드 종이를 제조하였다.
비교예 3
상기 실시예 1과 3 mm와 9 mm 길이의 아라미드 플록을 사용하는 것을 제외하고 동일한 방법으로 캘린더링하여 적층 아라미드 종이를 제조하였다.
비교예 4
상기 실시예 1과 아라미드 플록과 아라미드 펄프를 각각 5kg을 사용하는 것을 제외하고 동일한 방법으로 캘린더링하여 적층 아라미드 종이를 제조하였다.
물성평가
1) 비표면적(Specific Surface Area: SSA) 측정
BET 측정법에 의한 질소 흡착법을 사용하여 비표면적(/g)을 측정하였다.
2) 섬유장(Fiber Length: FL) 측정
"파이버엑스퍼트(FiberExpert)" 테이블탑 분석기 (핀란드 헬싱키에 소재한 메트소 오토메이션(Metoso Automation)로부터 입수 가능한 "펄프엑스퍼트(PulpExpert)FS"로도 알려짐)를 사용하여 중량 평균 길이를 측정하였다. 상기 분석기는 펄프 슬러리가 분석기를 통과할 때 디지털 CCD 카메라로 펄프의 사진 영상을 촬영하고 이어서 통합 컴퓨터가 상기 영상 중 섬유를 분석하여 이의 중량 평균 길이를 계산하였다.
3) 피브릴화도(Degree of Fibrilization; DF) 측정
"파이버엑스퍼트(FiberExpert)" 테이블탑 분석기 (핀란드 헬싱키에 소재한 메트소 오토메이션(Metoso Automation)로부터 입수 가능한 "펄프엑스퍼트(PulpExpert)FS"로도 알려짐)를 사용하여 피브릴화도(Degree of Fibrilization; DF)를 측정하였다.
4) 캐나다 표준 여수도(Canadian Standard Freeness: CSF) 측정
캐나다 표준 여수도(CSF)는 입자의 슬러리 또는 분산액으로부터 물의 배수 성에 대해 잘 알려진 척도이다. TAPPI 시험 227에 의해 여수도를 측정하였다. 상기 시험의 수행으로부터 수득된 데이터는 특정 조건 하에서 수성 슬러리로부터 배수된 물의 밀리미터를 나타내는 캐나다 표준 여수도로 표현된다. 수치가 크면 여수도 및 물의 배수성이 높음을 의미한다. 작은 수치는 분산액이 느리게 배수되는 경향을 나타낸다. 더 많은 수의 피브릴은 형성 종이 매트를 통해 물이 배수되는 속도를 감소시키므로 여수도와 펄프의 피브릴화 정도는 반비례한다.
상기 실시예 1과 비교예 1 내지 4의 방법에 의하여 제조된 아라미드 종이 물성을 측정하여 하기 표 1에 기재하였다.
| 평량 (g/m2) |
두께 (mm) |
밀도 (g/cm3) |
강력 (N/mm2) |
유전 강도 (kV/min) |
||
| MD | CD | |||||
| 실시예 1 | 112 | 1.04 | 1.25 | 25.1 | 29.5 | 8.4 |
| 비교예 1 | 104 | 1.01 | 1.14 | 11.2 | 20.4 | 7.6 |
| 비교예 2 | 101 | 1.08 | 1.04 | 12.4 | 24.3 | 6.3 |
| 비교예 3 | 108 | 1.07 | 1.16 | 18.4 | 24.5 | 6.9 |
| 비교예 4 | 110 | 1.05 | 1.08 | 21.5 | 26.6 | 7.8 |
표 1에 기재한 바와 같이 6 mm 플럭 사용하고 리파이닝 공정 조절을 통한 섬유장이 길고, 피브릴 높은 펄프 사용한 종이를 기포지로 사용하여 6 mm 플럭 사용하고 리파이닝 공정 조절을 통한 섬유장이 짧고, 피브릴 높으며 미세분 함량이 20%이상인 펄프를 도포하여 캘린더링으로 결합시킨 실시예 1의 경우 강력과 CSF가 각각의 기포지와 미세분을 함유한 펄프를 이용한 종이에 비하여 우수하였다.
또한, 리파이닝 공정을 통하여 섬유장이 길고 피브릴 형성이 많은 아라미드 펄프 70 중량%와 6 mm 길이의 아라미드 플럭을 30 중량% 사용하여 제조된 적층 아라미드 종이가 물성이 우수하였다.
Claims (10)
- 아라미드 플럭과 아라미드 펄프를 포함하는 제1혼합물로 이루어지는 기포지;
상기 기포지 위에 아라미드 플럭과 20 중량% 이상의 미세분을 포함하는 아라미드 펄프를 포함하는 제2혼합물을 도포하여 캘린더링으로 결합된 것을 특징으로 하는 적층 아라미드 종이. - 청구항 1에 있어서,
상기 제1혼합물과 제2혼합물은 아라미드 플럭 20 내지 40 중량%, 아라미드 펄프 60 내지 80 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 아라미드 종이. - 청구항 1에 있어서,
상기 아라미드 플럭의 길이는 4 mm 내지 8 mm 인 것을 특징으로 하는 적층 아라미드 종이. - 청구항 1에 있어서,
상기 아라미드 펄프의 길이는 0.5 mm 내지 0.8 mm 인 것을 특징으로 하는 적층 아라미드 종이. - 청구항 1에 있어서,
상기 아라미드 펄프는 여수도가 150 내지 250 ml인 것을 특징으로 하는 적층 아라미드 종이. - 아라미드 플럭과 아라미드 펄프를 포함하는 제1혼합물을 준비하는 제1혼합물 준비단계;
상기 제1혼합물로 기포지를 제조하는 기포지 제조단계;
아라미드 플럭과 20 중량% 이상의 미세분을 포함하는 아라미드 펄프를 포함하는 제2혼합물을 준비하는 제2혼합물 준비단계;
상기 기포지 위에 준비된 제2혼합물을 도포하는 제2혼합물 도포단계;
상기 제2혼합물과 기포지를 캘린더링으로 결합하는 캘린더링 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 아라미드 종이의 제조방법. - 청구항 6에 있어서,
상기 제1혼합물과 제2혼합물은 아라미드 플럭 20 내지 40 중량%, 아라미드 펄프 60 내지 80 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 적층 아라미드 종이의 제조방법. - 청구항 6에 있어서,
상기 아라미드 플럭의 길이는 4 mm 내지 8 mm 인 것을 특징으로 하는 적층 아라미드 종이의 제조방법. - 청구항 6에 있어서,
상기 아라미드 펄프의 길이는 0.5 mm 내지 0.8 mm 인 것을 특징으로 하는 적층 아라미드 종이의 제조방법. - 청구항 6에 있어서,
상기 아라미드 펄프는 여수도가 150 내지 250 ml인 것을 특징으로 하는 적층 아라미드 종이의 제조방법.
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