KR20200009876A - 염색성이 향상된 메타아라미드 섬유 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시스-코어형으로 형성되는 염색성이 향상된 메타아라미드 섬유에 있어서, 시스부는 저분자량 메타아라미드 수지로 형성되고, 코어부는 고분자량 메타아라미드 수지로 형성되는 것을 특징으로 하는 염색성이 향상된 메타아라미드 섬유에 관한 것이다.

Description

염색성이 향상된 메타아라미드 섬유{Meta-Aramid Fiber improved dyeability}

본 발명은 염색성이 향상된 메타아라미드 섬유에 관한 것으로 메타아라미드 섬유를 형성하는 메타아라미드 수지의 분자량 조절을 통해 염색성이 개선된 염색성이 향상된 메타아라미드 섬유에 관한 것이다.

아라미드 섬유는 미국의 듀폰(Dupont)사가 유리섬유의 강도와 석면의 내열성을 갖는 섬유를 목표로 1965년에 개발에 성공한 방향족 고분자를 원료로 한 합성섬유이며, 1960년대 말에 케블라(Kevlar)라는 상표로 생산되었다. 1974년에는 미연방거래위원회는「2개의 방향족환으로 아미드 결합이 85 % 이상 직접 결합되어 있는 방향족 폴리아미드」의 일반명칭으로 아라미드 라는 용어를 정의하였으며, 그 후 ISO-2076, JIS L 0204-2에도 아라미드라는 명칭이 동일하게 정의되었다.

아라미드는 아미드 결합된 방향족환의 결합단위에 의해 메타계와 파라계로 나뉜다. 메타아라미드 섬유는 고온내열성이 우수하며, 파라 아라미드 섬유는 고온내열성뿐만 아니라 고강도 및 고탄성의 특징을 갖는다.

상기 메타아라미드는 듀폰사에서 개발된 노멕스(Nomex), 데이진사에서 개발된 코넥스(Conex)가 대표적이다. 메타아라미드는 벤젠고리가 메타 위치에서 아미드기와 결합된 것으로 강도와 신도는 보통의 나일론과 비슷하나 열에 대한 안정성이 대단히 좋으며, 다른 내열용 소재에 비하여 가볍고 땀흡수도 어느 정도 가능하므로 쾌적하다는 장점을 가지고 있다. 초기에는 색상이 몇 가지로 제한되었으나, 최근에는 형광색을 포함한 다양한 색상으로 만들어지고 있다. 소방복, 경주용 자동차 운전자를 위한 유니폼, 우주 비행사 유니폼, 작업복 등의 내열용 의복 소재로 사용 되며, 산업용으로는 고온용 필터 등으로 쓰인다.

상기와 같이 다양한 분야에서 사용되고 있으나, 메타아라미드 섬유는 염색성능이 떨어져 단독으로 사용되기 보다는 염색성이 우수한 다른 섬유와 같이 사용되는 경우가 많으며, 색상을 부여하기 위해서는 대한민국 등록특허 제1551432호 및 공개특허 제2013-0133348호에서와 같이 아라미드 중합체에 안료를 첨가하여 원착사로 제조하고 있다.

그러나, 상기와 같은 원착사로 제조되는 메타아라미드 섬유는 색상발현을 위해 많은 양의 안료가 첨가되어 메타아라미드 섬유의 강도 등의 물성을 저하시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로 메타아라미드 섬유를 형성하는 메타아라미드 수지의 분자량을 조절하여 염색성을 개선한 염색성이 향상된 메타아라미드 섬유를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 시스-코어형 형태로 형성하고 시스부와 코어부의 메타아라미드 수지의 분자량 차이를 통해 염색성이 향상된 메타아라미드 섬유를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 시스-코어형으로 형성되는 염색성이 향상된 메타아라미드 섬유에 있어서, 시스부는 저분자량 메타아라미드 수지로 형성되고, 코어부는 고분자량 메타아라미드 수지로 형성되는 것을 특징으로 하는 염색성이 향상된 메타아라미드 섬유를 제공한다.

또한, 상기 저분자량 메타아라미드 수지는 수평균 분자량(Mn)이 70,000~90,000인 것을 특징으로 하는 염색성이 향상된 메타아라미드 섬유를 제공한다.

또한, 상기 고분자량 메타아라미드 수지는 수평균 분자량(Mn)이 100,000~200,000인 것을 특징으로 하는 염색성이 향상된 메타아라미드 섬유를 제공한다.

또한, 상기 저분자량 메타아라미드 수지와 고분자량 메타아라미드 수지의 수평균 분자량(Mn) 차이는 30,000이상인 것을 특징으로 하는 염색성이 향상된 메타아라미드 섬유를 제공한다.

또한, 상기 시스부와 코어부의 중량비는 50:50~20:80인 것을 특징으로 하는 염색성이 향상된 메타아라미드 섬유를 제공한다.

또한, 상기 메타아라미드 섬유의 염착농도(K/S)는 15 이상인 것을 특징으로 하는 염색성이 향상된 메타아라미드 섬유를 제공한다.

상기와 같이 형성되는 본 발명에 따른 염색성이 향상된 메타아라미드 섬유는 시스부의 저분자량 메타아라미드 수지에 염료가 염착되어 염색성이 향상되며, 코어부의 고분자량 메타아라미드 수지가 메타아라미드 섬유의 물성을 지지하여 종래의 메타아라미드 섬유와 대비하여 물성 변화는 없으면서 염색성이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 염색성이 향상된 메타아라미드 섬유의 염색성을 도식화한 단면도이다.

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 염색성이 향상된 메타아라미드 섬유의 염색성을 도식화한 단면도이다.

본 발명은 도 1에서와 같이 시스-코어형으로 형성되는 염색성이 향상된 메타아라미드 섬유로 시스부는 저분자량 메타아라미드 수지로 형성되고, 코어부는 고분자량 메타아라미드 수지로 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 저분자량 메타아라미드 수지 및 고분자량 메타아라미드 수지는 메타-페닐렌 디아민(M-phenylene diamine, MPD)과 이소프탈로일클로라이드(Isophthaloyl chloride, IPC)로 중합된 메타아라미드 수지를 사용할 수 있을 것이다.

상기 시스부를 형성하는 저분자량 메타아라미드 수지는 수평균 분자량(Mn)이 70,000~90,000인 것이 바람직한 것으로 저분자량 메타아라미드 수지의 수평균 분자량이 70,000미만인 경우 메타아라미드 섬유의 인장강도, 인열강도 등의 물성이 저하될 수 있으며, 수평균 분자량이 90,000을 초과할 경우 섬유의 염색성 향상효과가 미미할 수 있다.

상기 코어부를 형성하는 고분자량 메타아라미드 수지는 수평균 분자량(Mn)이 100,000~200,000이 바람직한 것으로 고분자량 메타아라미드 수지의 수평균 분자량이 100,000미만인 경우 메타아라미드 섬유의 인장강도, 인열강도 등의 물성이 저하될 수 있으며, 수평균 분자량이 90,000을 초과할 경우 섬유의 염색성 향상효과가 미미할 수 있다.

일반적으로 메타아라미드 염색은 분산염료와 Cation염료를 혼합한 혼합염료를 사용하여 염색되는 것으로 염색시 팽윤제에 의해 분자사슬을 느슨하게 한 후 염료가 섬유내로 침투하게 되어 염색됩니다.

본 발명과 같이 저분자량 메타아라미드 수지 및 고분자량 메타아라미드 수지가 시스-코어형으로 형성된 메타아라미드 섬유는 저분자량 메타아라미드 수지로 형성되는 시스부에 염료가 침투할 수 있는 공간이 많아져 고분자량 메타아라미드 수지로 형성되는 코어부 보다 염료의 염착량이 많아지게 된다.

상기와 같이 시스부와 코어부의 염착량의 차이로 인해 염색 발현성이 향상되는 효과를 가져온다.

상기 저분자량 메타아라미드 수지 및 고분자량 메타아라미드 수지는 수평균 분자량(Mn) 차이가 30,000미만이 경우에는 시스부와 코어부의 염착량의 차이가 크지 않아 염색 발현성이 낮아질 수 있으므로 수평균 분자량(Mn) 차이는 30,000이상인 것이 바람직할 것이다.

상기와 같이 저분자량 메타아라미드 수지 및 고분자량 메타아라미드 수지로 형성되는 시스부 및 코어부는 중량비는 50:50~20:80으로 형성될 수 있다.

상기 시스부의 중량비가 20 미만인 경우 강도는 증가할 수 있으나 염색성이 낮아질 수 있으며, 시스부의 중량비가 50을 초과할 경우 염색성이 증가할 수 있으나, 강도가 낮아질 수 있으므로 상기 시스부와 코어부의 중량비는 사용되는 용도에 따라 조절하는 것이 바람직할 것이다.

본 발명은 시스부에 염료의 염착이 집중되는 것으로 시스부가 함량이 낮을수록 시스부와 코어부이 염료의 염착량 차이가 커져 염색 발현성이 향상되는 것이나, 상기 시스부의 중량비가 20 미만인 경우에는 시스부의 함량이 너무 낮아 염료의 염착량이 낮아질 수 있으므로 시스부의 중량비가 20이상인 것이 바람직할 것이다.

상기와 같은 본 발명에 따른 염색성이 향상된 메타아라미드 섬유는 메타-페닐렌 디아민(M-phenylene diamine, MPD)과 이소프탈로일클로라이드(Isophthaloyl chloride, IPC)을 중합하여 제조되는 메타아라미드 수지를 극성 아미드계 용매에 녹여 메타아라미드 도프를 형성한 후에 습식방사하여 섬유화할 수 있을 것이다.

상기 메타아라미드 도프는 상기 극성 아미드계 용매에 5~30중량%의 메타아라미드가 함유되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 15~25중량%의 메타아라미드가 함유되는 것이다.

상기 메타아라미드 수지는 제조시 분자량을 조절하여 저분자량 메타아라미드 수지와 고분자량 메타아라미드 수지로 제조한 후, 각각의 메타아라미드 도프로 형성하고 일반적인 시스-코어형 방사구금을 사용하여 본 발명의 염색성이 향상된 메타아라미드 섬유를 제조할 수 있을 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.

상기와 같이 시스부는 저분자량 메타아라미드 수지로 형성되고, 코어부는 고분자량 메타아라미드 수지로 형성되는 본 발명에 따른 염색성이 향상된 메타아라미드 섬유는 시스부의 저분자량 메타아라미드 수지에 염료가 염착되어 염착농도(K/S)는 15 이상으로 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 코어부의 고분자량 메타아라미드 수지가 메타아라미드 섬유의 물성을 지지하여 종래의 메타아라미드 섬유와 대비하여 물성 변화는 없으면서 염색성이 향상되는 효과를 가져온다.

이하 본 발명에 따른 염색성이 향상된 메타아라미드 섬유를 제조하기 위한 방법의 실시예를 나타내지만 이들 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시되는 것일 뿐 본 발명의 권리 범위가 이들 실시예에 반드시 한정되는 것으로 해석되어 져서는 아니 된다.

실시예 1

메타-페닐렌 디아민(M-phenylene diamine, MPD)과 이소프탈로일클로라이드(Isophthaloyl chloride, IPC)로 중합된 수평균분자량이 80,000인 저분자량 메타아라미드 수지와 수평균분자량이 120,000인 고분자량 메타아라미드 수지를 제조하고, 각각 디메틸아세트아미드에 녹여 18중량%의 메타아라미드 도프로 형성하였다.

상기에서 제조된 수평균분자량이 80,000인 메타아라미드 도프를 시스부로, 수평균분자량이 120,000인 메타아라미드 도프를 코어부로 사용하여 시스-코어형으로 습식방사 후 연신공정을 거쳐 본 발명에 따른 염색성이 향상된 메타아라미드 섬유를 제조하였다.

상시 시스부 및 코어부는 중량비 50:50으로 메타아라미드 섬유를 제조하였다.

실시예 2

실시예 1과 동일하게 제조하였으나, 고분자량 메타아라미드 수지를 수평균분자량이 160,000인 메타아라미드 수지를 사용하여 본 발명의 염색성이 향상된 메타아라미드 섬유를 제조하였다.

실시예 3

실시예 1과 동일하게 제조하였으나, 시스부 및 코어부는 중량비 40:60으로 본 발명의 염색성이 향상된 메타아라미드 섬유를 제조하였다.

실시예 4

실시예 1과 동일하게 제조하였으나, 시스부 및 코어부는 중량비 30:70으로 본 발명의 염색성이 향상된 메타아라미드 섬유를 제조하였다.

실시예 5

실시예 2과 동일하게 제조하였으나, 시스부 및 코어부는 중량비 40:60으로 본 발명의 염색성이 향상된 메타아라미드 섬유를 제조하였다.

실시예 6

실시예 2과 동일하게 제조하였으나, 시스부 및 코어부는 중량비 30:70으로 본 발명의 염색성이 향상된 메타아라미드 섬유를 제조하였다.

비교예

실시예 1과 동일하게 제조하였으나, 시스부 및 코어부는 모두 수평균분자량이 80,000인 메타아라미드 수지를 사용하여 메타아라미드 섬유를 제조하였다.

◈ 염색성 평가

상기 실시예 1 내지 6과 비교예의 메타아라미드 섬유를 분산염료와 Cation 염료의 혼합염료인 Blue 유기염료(염료농도 1%, 염색온도 130℃)로 염색한 후에 염착농도 및 강도를 측정하여 표 1에 나타내었다.

* 측정방법

○ 염착농도(K/S) : 측색기(GretagMacbeth Color-Eye 7000A)를 이용하여 염색직물의 최대 흡수 파장에서 표면 반사율을 측정하여 Kubelka-Munk식에 따라 염착농도(K/S)를 산출하여 각 조건에 따른 염색 직물의 염착 농도를 비교한다.

K/S = (1-R)²÷(2R)

(여기서, K는 흡광계수, S는 산란계수, R은 반사율)

○ 강도(g/de) : ASTM D3217에 의거하여 섬유의 기계적 물성을 만능 시험 장치(Universal Test Machine, Instron)를 사용하여 인장강도를 측정한다.

구분		실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	실시예 5	실시예 6	비교예
분자량 (Mn)	시스부	80,000	80,000	80,000	80,000	80,000	80,000	80,000
	코어부	120,000	160,000	120,000	120,000	160,000	160,000	80,000
비율 (중량%)	시스부	50	50	40	30	40	30	50
	코어부	50	50	60	70	60	70	50
염착농도 (K/S)		16.5	17.8	17.3	17.7	18.1	19.4	14
강도(g/d)		4.36	4.71	4.51	4.49	4.85	4.75	3.85

표 1에서와 같이 본 발명에 따른 염색성이 향상된 메타아라미드 섬유인 실시예 1 내지 6은 모두 비교예 보다 염착농도가 우수한 것으로 염색성이 향상되는 것을 알 수 있다.

또한, 실시예 1과 실시예 2에서와 같이 저분자량 메타아라미드 수지와 고분자량 메타아라미드 수지의 수분평분자량의 차이가 클수록 염색성이 향상되는 것을 알 수 있으며, 또한, 실시예 1,3,4 및 실시예 2,5,6을 시스부의 중량비가 낮을수록 염색성이 향상되는 것을 알 수 있다.

또한, 실시예 1 내지 6은 모두 비교예 보다 강도가 높은 것으로 코어부가 고분자량 메타아라미드 수지로 형성되어 메타아라미드 섬유의 강도를 유지시키는 것을 알 수 있다.

100 : 저분자량 메타아라미드 200 : 고분자량 메타아라미드
300 : 염료

Claims (6)

1. 시스-코어형으로 형성되는 염색성이 향상된 메타아라미드 섬유에 있어서
   시스부는 저분자량 메타아라미드 수지로 형성되고, 코어부는 고분자량 메타아라미드 수지로 형성되는 것을 특징으로 하는 염색성이 향상된 메타아라미드 섬유.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 저분자량 메타아라미드 수지는 수평균 분자량(Mn)이 70,000~90,000인 것을 특징으로 하는 염색성이 향상된 메타아라미드 섬유.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 고분자량 메타아라미드 수지는 수평균 분자량(Mn)이 100,000~200,000인 것을 특징으로 하는 염색성이 향상된 메타아라미드 섬유.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 저분자량 메타아라미드 수지와 고분자량 메타아라미드 수지의 수평균 분자량(Mn) 차이는 30,000이상인 것을 특징으로 하는 염색성이 향상된 메타아라미드 섬유.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 시스부와 코어부의 중량비는 50:50~20:80인 것을 특징으로 하는 염색성이 향상된 메타아라미드 섬유.
   
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 메타아라미드 섬유의 염착농도(K/S)는 15 이상인 것을 특징으로 하는 염색성이 향상된 메타아라미드 섬유.

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