KR20170018589A - 습식 아라미드 부직포의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 -CN기가 치환된 방향족기를 포함하는 아라미드 공중합체가 용해되어 있는 중합용매를 방사구금을 통해 필라멘트 형태로 방사한 후 방사되어 응고 전인 필라멘트들에 공기를 분사하여 상기 필라멘트들을 분산 및 교차시켜 필라멘트 웹을 형성한 다음, 상기 필라멘트 웹(Web)을 응고액으로 처리하여 필라멘트내 용매를 제거한 후, 차례로 수세 및 건조하여 습식 아라미드 부직포를 제조한다.
본 발명은 농황산에 의한 설비부식 없이도 아라미드 필라멘트들로 구성된 부직포를 제조할 수 있다. 또한 본 발명은 종래 아라미드 단섬유 제조공정과 비교시 공정이 간소화되고, 제조원가가 저렴해지고 생산성도 향상된다.

Description

습식 아라미드 부직포의 제조방법{Method of manufacturing wet type aramid non-woven fabric}
본 발명은 습식 아라미드 부직포의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 아라미드 필라멘트들로 구성된 부직포를 간소화된 공정과 높은 생산성으로 제조할 수 있는 습식 아라미드 부직포의 제조방법에 관한 것이다.
이하, 본 발명에서는 아라미드 필라멘트들이 서로 얽히면서 교차점에서 서로 접착된 구조인 스펀본드(Spunbond)타입 또는 멜트브로운(Meltbrown)타입의 아라미드 부직포를 통칭하여 "아라미드 부직포"라고 한다.
아라미드 단섬유들로 구성된 아라미드 단섬유 부직포는 내열성 및 내약품성이 뛰어나 고온 등의 극한 환경에서 사용되는 필터 소재 등으로 사용된다.
아라미드 단섬유 부직포를 제조하는 종래기술로는 미국등록특허 제3,869,428호 등에 기재된 바와 같이 파라페닐렌디아민(방향족 디아민)이 용해되어 있는 유기용매 내에 테레프탈로일디클로라이드(방향족 디에시드 할라이드)를 상기 파라페닐렌디아민과 동일한 몰량(Molar amount)으로 첨가, 중합하여 아라미드 중합체를 제조한 다음, 제조된 아라미드 중합체를 농황산에 녹여 방사용액을 제조한 다음, 제조된 방사용액을 방사구금을 통해 필라멘트상으로 방사, 응고, 수세 및 건조하여 아라미드 필라멘트를 제조한 다음, 제조된 아라미드 필라멘트를 절단하여 아라미드 단섬유(Staple)를 제조한 다음, 상기 아라미드 단섬유들을 카딩기에서 공급, 처리하여 아라미드 단섬유 웹을 제조한 다음, 제조된 상기 아라미드 단섬유 웹을 니들펀칭하여 아라미드 단섬유 부직포를 제조하는 방법이 사용되어 왔다.
상기 종래방법은 아라미드 단섬유 웹을 제조하는 공정이 너무 복잡하여 생산성이 떨어지는 문제점이 있었다.
상기 종래방법을 사용하는 방사용액에는 농황산이 포함되어 생산설비의 부식이 심하게 발생되었고, 농황산의 회수설비도 복잡해지는 문제가 있었다.
그로인해, 상기 종래방법으로는 아라미드 단섬유 부직포를 생산할 수 있으나, 아라미드 장섬유(필라멘트)들이 서로 얽히면서 접착된 스펀본드 타입 또는 멜트브로운 타입의 아라미드 부직포를 제조하기 어려운 문제점이 있었다.
본 발명의 과제는 아라미드 필라멘트들로 구성된 스펀본드 타입 또는 멜트브로운 타입의 아라미드 부직포를 간소한 공정 및 높은 생산성으로 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
이와같은 과제를 달성하기 위해서, 본 발명에서는 -CN기가 치환된 방향족기를 포함하는 아라미드 공중합체가 용해되어 있는 중합용매를 방사구금을 통해 필라멘트 형태로 방사한 후, 방사되어 응고 전인 필라멘트들에 공기를 분사하여 상기 필라멘트들을 분산 및 교차시켜 필라멘트 웹을 형성한 다음, 상기 필라멘트 웹(Web)을 응고액으로 처리하여 필라멘트내 용매를 제거한 후, 차례로 수세 및 건조하여 습식 아라미드 부직포를 제조한다.
본 발명은 농황산에 의한 설비부식 없이도 아라미드 필라멘트들로 구성된 부직포를 제조할 수 있다. 또한 본 발명은 종래 아라미드 단섬유 제조공정과 비교시 공정이 간소화되고, 제조원가가 저렴해지고 생산성도 향상된다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명은 먼저, -CN 기를 포함하는 방향족 디아민이 용해되어 있는 유기용매에 테레프탈로일 디클로라이드를 첨가, 반응시켜 -CN기가 치환된 방향족기를 포함하는 아라미드 공중합체가 용해되어 있는 중합용액을 제조한다.
구현일례로서, -CN기를 포함하는 방향족 디아민으로 시아노-파라-페닐렌 디아민을 단독으로 유기용매에 용해시킬 수 있다.
또 다른 구현일례로서, -CN기를 포함하는 방향족 디아민으로 시아노-파라-페닐렌 디아민과 파라페닐렌 디아민을 1:9~9:1의 몰비로 유기용매에 용해 시킬 수도 있다.
구체적으로 먼저, 유기용매에 무기염을 용해시킨 다음 여기에 시아노기(-CN)를 포함하는 방향족 디아민을 첨가하여 용해시킨다.
이때 사이노기(-CN)를 포함하는 방향족 디아민으로 파라페닐렌디아민과 시아노-파라-페닐렌디아민을 1:9~9:1의 몰비로 용해할 수도 있고, 시아노-파라-페닐렌디아민을 단독으로 용해할 수도 있다.
상기 유기용매의 구체적인 예로는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP), N,N-디메틸아세트아미드(DMAc), 헥사메틸포스포아미드(HMPA), N,N,N',N'-테트라메틸 우레아(TMU), N,N-디메틸포름아미드(DMF), 또는 이들의 혼합물을 들 수 있고, N-메틸-2-피롤리돈(NMP)인 것이 보다 바람직하다.
상기 무기염은 방향족 폴리아미드의 중합도를 증가시키기 위하여 첨가하는 것으로서, 그 구체적인 예로는 CaCl2, LiCl, NaCl, KCl, LiBr 및 KBr 등과 같은 할로겐화 알칼리 금속염 또는 할로겐화 알칼리 토금속염을 들 수 있다. 이들 무기염은 단독으로 또는 2종 이상의 혼합물의 형태로 첨가될 수 있다.
상기 무기염의 첨가량은 유기용매 중량 대비 2~5중량% 정도인 것이 바람직하다.
다음으로는, 상기와 같이 -CN기를 포함하는 방향족 디아민이 첨가, 용해된 유기용매에 테레프탈로일 디클로라이드를 상기 방향족 디아민 성분과 동일한 몰량(Molar amount)으로 첨가하여 공중합 아라미드 중합체를 포함하는 중합용매를 제조한다.
다음 공정으로는, 상기 중합용액을 방사구금을 통해 필라멘트상으로 방사한 후, 방사되어 응고 전인 필라멘트들에 공기를 분사하여 상기 필라멘트들을 분산 및 교차시켜 필라멘트 웹(Web)을 제조한다.
이때, 방사되어 응고 전인 필라멘트에 공기를 분사함과 동시에 정전기를 부여하여 상기 필라멘트들을 웹(Web) 형태로 분산 및 교차시켜 스펀본드(Spunbond) 타입의 부직포를 제조하거나, 또 다른 구현예로서 방사구금 직하 위치에서 방사되어 응고 전인 필라멘트에 고압의 공기를 분사하여 상기 필라멘트들을 연신시킴과 동시에 웹(Web) 형태로 분산/교차시켜 멜트브로운(Meltbrown) 타입의 부직포를 제조한다.
다음 공정으로는, 상기 필라멘트 웹(Web)을 응고액으로 처리하여 필라멘트내 용매를 제거하는 응고공정을 실시한다.
상기 응고액으로는 물을 사용하거나 상기 유기용매 수용액을 사용할 수 있다.
다음 공정으로는, 응고 공정을 거친 상기 필라멘트 웹(Web)을 수세 및 건조하여 본 발명의 습식 아라미드 부직포를 제조한다.
본 발명은 농황산에 의한 설비부식 없이도 아라미드 필라멘트들로 구성된 부직포를 제조할 수 있다. 또한 본 발명은 종래 아라미드 단섬유 제조공정과 비교시 공정이 간소화되고, 제조원가가 저렴해지고 생산성도 향상된다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 살펴본다.
그러나, 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 구현일례일뿐, 본 발명의 보호범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다.
실시예 1
3중량%의 CaCl2를 포함하는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 유기용매를 질소 분위기 하에서 반응기 내에 넣고, 파라-페닐렌디아민(p-phenylenediamine) 50 몰%와 시아노-파라-페닐렌디아민(cyano-p-phenylenediamine) 50 몰%를 상기 반응기에 넣고 녹여서 혼합용액을 제조하였다.
이어서 상기 혼합용액이 담긴 반응기에 테레프탈로일 디클로라이드 100몰%를 첨가하여 공중합 아라미드 중합체를 포함하는 중합용액을 제조하였다.
이어서, 상기 중합용액을 방사구금을 통해 필라멘트 상으로 압출한 후 방사되어 응고 전인 상기 필라멘트들에 공기를 분사하면서 정전기를 부여하여 상기 필라멘트들을 분산 및 교차시켜 필라멘트 웹(Web)을 제조하였다.
상기와 같이 제조된 필라멘트 웹(Web) 내에서 서로 교차하는 필라멘트 간의 교차점에서는 필라멘트들이 본딩(bonding)되어 있었다.
다음으로는, 상기와 같이 제조된 웹(Web)을 물(응고액) 속으로 통과시켜 필라멘트들 내에 남아있는 용매를 제거하는 응고 공정을 실시한 다음, 응고 공정을 거친 상기 필라멘트 웹(Web)을 수세 및 건조하여 스펀본드(Spunbond) 타입의 습식 부직포를 제조하였다.
실시예 2
3중량%의 CaCl2를 포함하는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP) 유기용매를 질소 분위기 하에서 반응기 내에 넣고, 시아노-파라-페닐렌디아민(cyano-p-phenylenediamine) 100 몰%를 상기 반응기에 넣고 녹여서 혼합용액을 제조하였다.
이어서 상기 혼합용액이 담긴 반응기에 테레프탈로일 디클로라이드 100몰%를 첨가하여 공중합 아라미드 중합체를 포함하는 중합용액을 제조하였다.
이어서, 상기 중합용액을 방사구금을 통해 필라멘트 상으로 압출한 후 방사구금 직하의 위치에서 방사되어 응고 전인 상기 필라멘트들에 공기를 분사하여 상기 필라멘트들을 연신 및 분산시켜 필라멘트 웹(Web)을 제조하였다.
상기와 같이 제조된 필라멘트 웹(Web) 내에서 서로 교차하는 필라멘트 간의 교차점에서는 필라멘트들이 본딩(bonding)되어 있었다.
다음으로는, 상기와 같이 제조된 웹(Web)을 물(응고액) 속으로 통과시켜 필라멘트들 내에 남아있는 용매를 제거하는 응고 공정을 실시한 다음, 응고 공정을 거친 상기 필라멘트 웹(Web)을 수세 및 건조하여 멜트브로운(Meltblown) 타입의 습식 부직포를 제조하였다.

Claims (8)

  1. (ⅰ) -CN 기를 포함하는 방향족 디아민이 용해되어 있는 유기용매에 테레프탈로일 디클로라이드를 첨가, 반응시켜 -CN기가 치환된 방향족기를 포함하는 아라미드 공중합체가 용해되어 있는 중합용액을 제조하는 공정;
    (ⅱ) 상기 중합용액을 방사구금을 통해 필라멘트상으로 방사한 후, 방사되어 응고 전인 필라멘트들에 공기를 분사하여 상기 필라멘트들을 분산 및 교차시켜 필라멘트 웹(Web)을 제조하는 공정;
    (ⅲ) 상기 필라멘트 웹(Web)을 응고액으로 처리하여 필라멘트내 용매를 제거하는 응고 공정; 및
    (ⅳ) 응고 공정을 거친 상기 필라멘트 웹(Web)을 수세 및 건조하는 공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 습식 아라미드 부직포의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 응고액은 물 및 물과 유기용매의 혼합물 중에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 습식 아라미드 부직포의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 유기용매는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP), N,N-메틸아세트아미드(DMAC), 헥사메틸포스포아미드(HMPA), N,N,N',N'-테트라메틸 우레아(TMU) 및 N,N-디메틸포름아미드(DMF) 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 습식 아라미드 부직포의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 방사 후 응고 전인 필라멘트에 공기를 분사함과 동시에 정전기를 부여하여 상기 필라멘트들을 분산시키는 것을 특징으로 하는 습식 아라미드 부직포의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 방사구금 직하 위치에서 방사되어 응고 전인 필라멘트에 공기를 분사하여 상기 필라멘트들을 분산과 동시에 연신시키는 것을 특징으로 하는 습식 아라미드 부직포의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, -CN기를 포함하는 방향족 디아민으로 시아노-파라-페닐렌디아민을 유기용매에 용해시키는 것을 특징으로 하는 습식 아라미드 부직포의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, -CN기를 포함하는 방향족 디아민으로 시아노-파라-페닐렌디아민과 파라페닐렌디아민을 1:9~9:1의 몰비로 유기용매에 용해시키는 것을 특징으로 하는 습식 아라미드 부직포의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 중합용액 내에 무기염이 첨가되어 있는 것을 특징으로 하는 습식 아라미드 부직포의 제조방법.
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