KR20180114681A - 흡한속건성이 우수한 이형 단면 메타아라미드 섬유 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 메타-페닐렌 디아민(M-phenylene diamine, MPD)과 이소프탈로일클로라이드(Isophthaloyl chloride, IPC)로 중합된 메타아라미드를 이용하여 Ｙ형 또는 ┼형 단면 섬유로 형성되는 것을 특징으로 하는 흡한속건성이 우수한 이형 단면 메타아라미드 섬유 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

Description

흡한속건성이 우수한 이형 단면 메타아라미드 섬유 및 그의 제조방법{Modified Corss-section Meta-Aramid Fiber with Excellent Absorption-Dryproperty and Method for Preparing the Same}

본 발명은 흡한속건성이 우수한 이형 단면 메타아라미드 섬유 및 그의 제조방법에 관한 것으로 메타아라미드 섬유를 Ｙ형 또는 ┼형 단면 형상으로 형성하여 흡한속건성을 향상시킬 수 있는 이형 단면 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 아미드기 사이에 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 사용되며, 산업용으로는 고온용 필터등으로 쓰인다.

상기와 같이 보호복이나 극한 환경의 작업복 소재로 많이 사용되는 메타아라미드 섬유는 사용자의 편의성 및 착용성을 높이기 위해 기능을 개선하기 위한 많은 연구개발이 실시되었다.

대한민국 등록특허 제10-1703349호는 메타아라미드 섬유의 단면을 습식방사 후 연신공정에서 변화시켜 종래의 메타아라미드섬유 보다 방염성이 우수한 메타아라미드 섬유를 개시하고, 대한민국 등록특허 제 10-1366890호는 아라미드 복합재가 외측에 아라미드 공기교락사로 이루어진 아라미드 ATY 원단을 포함함에 따라 내뚫림성 및 내절단성이 우수한 효과가 있어 업계에서 요구되는 일정수준 이상의 방탄성능이 발현되는 아라미드 복합재를 개시하고 있으나 흡한속건성을 갖는 아라미드 섬유에 대하여는 개시되지 않는다.

흡한속건성은 땀, 수분 등을 일면에서 흡수하여 이면으로 이동 후 빠르게 증발시키는 기능으로 메타아라미드 섬유가 사용되는 계통인 보호복이나 소방복 등의 극한 환경의 작업복에 특히 요구되는 기능으로 이에 대한 개발이 필요한 실정이었다.

본 발명은 상기와 같이 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로 메타아라미드 섬유의 단면을 Ｙ형 또는 ┼형 형태의 이형단면으로 형성하여 미세관작용을 통해 일면의 수분이 신속히 이면으로 이동되도록 하는 흡한속건성이 우수한 이형 단면 메타아라미드 섬유 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 Ｙ형 또는 ┼형 형태의 이형단면 메타아라미드 섬유의 흡한속건성을 개선하여 경량성, 착용성 등의 기능성을 향상시킬 수 있는 흡한속건성이 우수한 이형 단면 메타아라미드 섬유 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 메타-페닐렌 디아민(M-phenylene diamine, MPD)과 이소프탈로일클로라이드(Isophthaloyl chloride, IPC)로 중합된 메타아라미드를 극성 아미드계 용매에 녹여 형성된 메타아라미드 도프(Dope)를 이용하여 Ｙ형 또는 ┼형 단면 섬유로 형성되는 것을 특징으로 하는 흡한속건성이 우수한 이형 단면 메타아라미드 섬유를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 메타아라미드 도프는 상기 극성 아미드계 용매에 5~30중량%의 메타아라미드가 함유되는 것을 특징으로 하는 흡한속건성이 우수한 이형 단면 메타아라미드 섬유를 제공한다.

또한, 본 발명은 메타-페닐렌 디아민(M-phenylene diamine, MPD)과 이소프탈로일클로라이드(Isophthaloyl chloride, IPC)로 중합된 메타아라미드를 극성 아미드계 용매에 녹여 메타아라미드 도프(Dope)를 형성하는 도프형성단계; 상기 메타아라미드 도프를 응고액 속에서 Ｙ형 또는 ┼형 방사구금을 통해 Ｙ형 또는 ┼형 단면 섬유로 섬유화하는 방사단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡한속건성이 우수한 이형 단면 메타아라미드 섬유 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 방사단계는 3~20m/min의 방사속도로 방사하는 것을 특징으로 하는 흡한속건성이 우수한 이형 단면 메타아라미드 섬유 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 방사단계는 3~5m/min의 방사속도로 방사하는 것을 특징으로 하는 흡한속건성이 우수한 이형 단면 메타아라미드 섬유 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 응고액의 극성 아미드계 용매 농도는 5~50중량%인 것을 특징으로 하는 흡한속건성이 우수한 이형 단면 메타아라미드 섬유 제조방법을 제공한다.

상기와 같이 본 발명에 따른 이형 단면 메타아라미드 섬유는 Ｙ형 또는 ┼형단면으로 메타아라미드 섬유가 형성되어 미세관에 의한 수분의 이동 속도가 향상되는 효과가 있다.

또한, 메타아라미드 섬유 내에 수분 이동 속도의 증가로 흡한속건성, 경량성, 착용성 등의 기능이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 Ｙ형 단면 메타아라미드 섬유의 단면형상을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 ┼형 단면 메타아라미드 섬유의 단면형상을 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.

도 1은 본 발명에 따른 Ｙ형 단면 메타아라미드 섬유의 단면형상을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 ┼형 단면 메타아라미드 섬유의 단면형상을 나타낸 도면이다.

본 발명은 메타-페닐렌 디아민(M-phenylene diamine, MPD)과 이소프탈로일클로라이드(Isophthaloyl chloride, IPC)로 중합된 메타아라미드를 이용하여 Ｙ형 또는 ┼형 단면 섬유로 형성되는 이형 단면 메타아라미드 섬유에 관한 것이다.

본 발명의 이형 단면 메타아라미드 섬유는 도프형성단계, 방사단계를 포함하여 제조된다.

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

상기 도프형성단계에서 상기 극성 아미드계 용매와 메타아라미드의 혼합율에 따라 메타아라미드 도프의 점도를 조절할 수 있는 것으로 방사에 적합하도록 상기 극성 아미드계 용매와 메타아라미드의 혼합율을 조절하는 것이 바람직할 것이다. 상기 메타아라미드 도프는 상기 극성 아미드계 용매에 5~30중량%의 메타아라미드가 함유되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 15~25중량%의 메타아라미드가 함유되는 것이다.

상기 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, 가장 효과가 우수한 디메틸아세트아미드를 사용하는 것이 바람직할 것이다.

상기 방사단계는 상기와 같이 메타아라미드 도프를 응고액 속에서 Ｙ형 또는 ┼형 방사구금을 통해 Ｙ형 또는 ┼형 단면 섬유로 섬유화하는 단계이다.

상기 응고액은 극성 아미드계 용매와 물로 구성되는 것으로 20~80℃의 응고액 중에 메타아라미드 도프를 방사하여 섬유화한다.

본 발명과 같이 Ｙ형 또는 ┼형 단면을 가지는 메타아라미드 섬유는 내부의 극성 아미드계 용매가 쉽게 빠져나올 수 있는 형상으로 섬유제조 후에 극성 아미드계 용매가 메타아라미드에 잔존하지 않고, 경량성을 가지도록 한다.

본 발명의 이형 단면 메타아라미드 섬유는 상기 방사단계에서 방사속도와 응고액에 함유된 극성 아미드계 용매의 함량이 매우 중요하다.

상기 방사단계에서 방사속도가 너무 빠르면 이형 단면의 형성 안정성이 저하되어 흡한속건성이 낮아질 수 있으므로 본 발명에서 방사속도는 3~20m/min인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 3~5m/min의 방사속도로 방사되는 것이다.

또한, 상기 응고액에 함유된 극성 아미드계 용매의 함량이 너무 높으면 이형 단면 메타아라미드 섬유가 응고액 속에서 너무 느리게 고화되어 공정성이 저하될 수 있으며, 극성 아미드계 용매의 함량이 너무 낮으면 메타아라미드 섬유가 너무 빨리 고화되어 물성이 저하될 수 있다.

따라서, 상기 응고액의 극성 아미드계 용매 농도는 5~50중량%인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 35~45중량%인 것이다.

본 발명에 의한 이형단면 메타아라미드 섬유는 Ｙ형(3엽) 또는 ┼(4엽)형에 한정되지 않고, 형태안정성이 만족되는 한 복수의 엽으로 형성될 수 있다.

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

실시예 1

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 형성하여 도프형성단계를 실시하였다.

상기 메타아라미드 도프를 디메틸아세트아미드와 물의 혼합물인 응고액 속에서 Ｙ형 방사구금을 이용한 방사단계를 통해 Ｙ형 단면의 메타아라미드 섬유를 제조하였다.

실시예 2

실시예 1과 동일하나, Ｙ형 방사구금이 아닌 ┼형 방사구금을 이용한 방사단계를 통해 ┼형 단면의 메타아라미드 섬유를 제조하였다.

비교예 1

실시예 1과 동일하나, Ｙ형 방사구금이 아닌 원형 방사구금을 이용한 방사단계를 통해 원형 단면의 메타아라미드 섬유를 제조하였다.

비교예 2

실시예 1과 동일하나, Ｙ형 방사구금이 아닌 타원형 방사구금을 이용한 방사단계를 통해 원형 단면의 메타아라미드 섬유를 제조하였다.

◈ 실시예 및 비교예의 평가 실험

상기 실시예와 비교예의 흡한속건성을 실험을 통해 관측하여 표 1에 나타내었다.

* 실험방법

1. 침강속도

5g의 메타아라미드 섬유를 카딩(Carding)을 통해 웹(Web)으로 만들어 금속 와이어(Wire)로 만든 원통형 틀 안에 넣고, 물에 빠트려 완전히 잠길 때까지 걸리는 시간을 측정한다.

2. 수분 건조속도

KS K ISO 17617에 의거하여 실험방법 1에 의해 흡수된 수분이 건조되는 시간을 측정한다.

		실시예 1	실시예 2	비교예 1	비교예 2
단면형태		Ｙ형	┼형	원형	타원형
섬도(Denier)		1.48	1.51	1.5	1.47
강도(g/d)		5.14	5.22	5.47	5.29
흡한속건성	침강속도(s)	47	31	60	64
	수분 건조속도(min)	30	21	48	45

표 1에서와 같이 실시예 1, 2의 메타아라미드 섬유로 제조된 웹은 비교예 1, 2의 메타아라미드 섬유로 제조된 웹에 비해 침강속도 및 수분 건조속도가 우수함을 확인할 수 있다. 침강시간이 짧을수록 수분을 빠르게 흡수하고, 수분 건조시간이 짧을수록 흡수된 수분을 빠르게 건조시켜 흡한속건성이 우수한 것이다.

특히, 실시예 2는 실시예 1보다 흡한속건성이 더욱 우수함을 확인할 수 있다. 이는 중심으로부터 엽의 수가 많은 이형 단면이 미세관 현상이 우수하여 흡한속건성이 향상됨을 확인할 수 있다.

100 : Ｙ형 단면 메타아라미드 섬유
200 : ┼형 단면 메타아라미드 섬유

Claims (6)

1. 메타-페닐렌 디아민(M-phenylene diamine, MPD)과 이소프탈로일클로라이드(Isophthaloyl chloride, IPC)로 중합된 메타아라미드를 극성 아미드계 용매에 녹여 형성된 메타아라미드 도프(Dope)를 이용하여 Ｙ형 또는 ┼형 단면 섬유로 형성되는 것을 특징으로 하는 흡한속건성이 우수한 이형 단면 메타아라미드 섬유.
2. 제1항에 있어서,
   상기 메타아라미드 도프는 상기 극성 아미드계 용매에 5~30중량%의 메타아라미드가 함유되는 것을 특징으로 하는 흡한속건성이 우수한 이형 단면 메타아라미드 섬유.
3. 메타-페닐렌 디아민(M-phenylene diamine, MPD)과 이소프탈로일클로라이드(Isophthaloyl chloride, IPC)로 중합된 메타아라미드를 극성 아미드계 용매에 녹여 메타아라미드 도프(Dope)를 형성하는 도프형성단계;
   상기 메타아라미드 도프를 응고액 속에서 Ｙ형 또는 ┼형 방사구금을 통해 Ｙ형 또는 ┼형 단면 섬유로 섬유화하는 방사단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡한속건성이 우수한 이형 단면 메타아라미드 섬유 제조방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 방사단계는 3~20m/min의 방사속도로 방사하는 것을 특징으로 하는 흡한속건성이 우수한 이형 단면 메타아라미드 섬유 제조방법.
5. 제4항에 있어서,
   상기 방사단계는 3~5m/min의 방사속도로 방사하는 것을 특징으로 하는 흡한속건성이 우수한 이형 단면 메타아라미드 섬유 제조방법.
6. 제3항에 있어서,
   상기 응고액의 극성 아미드계 용매 농도는 5~50중량%인 것을 특징으로 하는 흡한속건성이 우수한 이형 단면 메타아라미드 섬유 제조방법.

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