KR20200114773A - 내화학성이 향상된 고평량 메타아라미드 페이퍼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2 이상의 저평량 메타아라미드 페이퍼로 형성되되, 상기 2이상의 메타아라미드 페이퍼 사이에 폴리페닐렌 설파이드 페이퍼가 형성되는 내화학성이 향상된 고평량 메타아라미드 페이퍼에 관한 것이다.

Description

내화학성이 향상된 고평량 메타아라미드 페이퍼{Meta Aramid paper with Excellent Chemical Resistance}

본 발명은 내화학성이 향상된 고평량 메타 아라미드 페이퍼에 관한 것으로 2이상의 저평량 메타아라미드 페이퍼가 합지되어 내화학성이 향상된 고평량 메타아라미드 페이퍼에 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 미연방거래위원회에 의해「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 파라 아라미드는 벤젠 고리가 파라 위치에서 아미드기와 결합된 것이다. 분자쇄가 매우 뻣뻣하고 선상구조를 가지므로 강도가 매우 높고 탄성률이 특히 높아 충격을 흡수하는 성능이 매우 우수하여 방탄복, 방탄 핼멧, 안전용 장갑이나 부츠, 소방복에 사용되며, 테니스 라켓, 보트, 하키용 스틱, 낚시 줄, 골프 클럽등의 스포츠 기구 재료로 또한 산업용으로는 FRP(Fiber Reinforced Plastic), 석면대체용 섬유등에 사용되고 있다.

상기 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 파라아라미드 및 메타아라미드는 섬유뿐만 아니라 페이퍼 형태로 제조되어 많은 산업분야에서 사용되고 있다.

상기 메타아라미드로 제조되는 페이퍼는 메타아라미드를 중합하고 가는 섬유로 배향하고 비(非)과립형의 펄프 또는 필름-유사 입자를 의미하는 피브리드(fibrid)와 스테이플 섬유보다 더 짧은 길이의 섬유를 의미하는 플록(floc)을 통해 메타아라미드 페이퍼를 제조된다.

메타아라미드 페이퍼는 주로 전기 절연물, 허니콤(Honeycomb) 구조재료로 사용되는 소재로 전기 절연물로서 변압기, 전동기와 같은 코일의 절연물이나 프린트 기판 등에 널리 사용되고 있고, 어느 정도 도전성을 가지는 시트는 그 도전성의 정도에 따라 발열체, 정전기 방전을 위한 전도성 테이프 등에 사용된다.

상기와 같은 메타아라미드 페이퍼는 고평량의 메타아라미드 페이퍼를 제조하기 위해 저메타아라미드 페이퍼를 합지하여 제조된다.

대한민국 공개특허 제2007-0116139호에서는 콘덴서, 캐패시터, 전지에 사용할 수 있도록 200℃ 이하의 융점을 갖는 열가소성 폴리머의 다공질 시트층과 실질적으로 안정 융점을 갖지 않는 유기 화합물의 피브리드 또는 단섬유 또는 피브릴화한 펄프로 이루어지는 부직포 형상 시트를 적층한 적어도 2 층 이상의 층구조를 이루고 있는 복합체 시트로 습식초지법으로 제조한 메타아라미드 페이퍼를 적층한 절연시트를 개시하고 있으나, 합지를 위해 저융점 폴리머를 사용하고 있어 내열성 특성을 갖는 메타아라미드 페이퍼의 특성과 상반되며, 제조된 페이퍼는 고온에서 사용될 수 없어 용도가 한정되는 문제점이 있다.

일본 공개특허 특개평08-099389호는 m-아라미드지층과 폴리에스테르 필름층을 적층해 일체화시킨 시트로 특정의 투기도를 가지는 m-아라미드지층과 고유 점도 0.6 이상의 폴리에스테르 필름층을 거듭해 m-아라미드지층 측을 고온에 폴리에스테르 필름층 측을 저온으로 한 캘린더 롤로 가열 가압하고 즉시 폴리에스테르의 유리 전이점 이하의 온도로 급냉함으로써, 적층면에서 m-아라미드지층의 표층부에만 폴리에스테르를 용융 함침시키고 양 층의 견고한 접합을 실현함과 동시에 m-아라미드지층과 폴리에스테르 필름층의 특성도 유지한 적층 시트를 개시하고 있으나, 필름층을 형성하는 폴리에스테르는 알칼리 용액에 가수분해가 발생되어 내화학성이 취약하여 용도가 한정되는 문제점이 있다.

상기와 같이 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로 저평량 메타아라미드 페이퍼를 폴리페닐렌 설파이드 페이퍼를 통해 합지하여 내화학성이 향상된 고평량 메타아라미드 페이퍼를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 상기 폴리페닐렌 설파이드 페이퍼를 통한 저평량 메타아라미드 페이퍼를 합지하여 평량을 조절할 수 있는 내화학성이 향상된 고평량 메타아라미드 페이퍼를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 2 이상의 저평량 메타아라미드 페이퍼로 형성되되, 상기 2이상의 메타아라미드 페이퍼 사이에 폴리페닐렌 설파이드 페이퍼가 형성되는 것을 특징으로 하는 내화학성이 향상된 고평량 메타아라미드 페이퍼를 제공한다.

또한, 상기 저평량 메타아라미드 페이퍼는 메타아라미드 피브리드와 메타아라미드 플럭의 중량비가 30 대 70 에서 70 대 30이며, 평량이 30~50g/m²인 것을 특징으로 하는 내화학성이 향상된 고평량 메타아라미드 페이퍼를 제공한다.

또한, 상기 폴리페닐렌 설파이드 페이퍼는 섬유장 3~12㎜, 섬도 1~2데니어(denier), 신도 20~80%의 연신 폴리페닐렌 설파이드 단섬유와 섬유장 3~12㎜, 섬도 2~5데니어(denier), 신도 100~300%의 미연신 폴리페닐렌 설파이드 단섬유로 형성되는 것을 특징으로 하는 내화학성이 향상된 고평량 메타아라미드 페이퍼를 제공한다.

또한, 상기 연신 폴리페닐렌 설파이드 단섬유와 미연신 폴리페닐렌 설파이드 단섬유는 중량비 20 대 80 에서 80 대 20으로 혼합되어 폴리페닐렌 설파이드 페이퍼를 형성하는 것을 특징으로 하는 내화학성이 향상된 고평량 메타아라미드 페이퍼를 제공한다.

또한, 상기 저평량 메타아라미드 페이퍼를 2 이상 합지되어 고평량 메타아라미드 페이퍼의 평량이 80~200g/m²인 것을 특징으로 하는 내화학성이 향상된 고평량 메타아라미드 페이퍼를 제공한다.

상기와 같은 본 발명에 따른 내화학성이 향상된 고평량 메타아라미드 페이퍼는 저평량 메타아라미드 페이퍼를 폴리페닐렌 설파이드 페이퍼를 통해 합지하여 내화학성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 상기 폴리페닐렌 설파이드 페이퍼를 통해 저평량 메타아라미드 페이퍼를 2이상 합지하여 아라미드 페이퍼간의 부착강도, 인장강도 및 내전압강도가 향상되는 효과가 있다.

또한, 2이상의 저평량 메타아라미드 페이퍼의 합지를 통해 페이퍼의 평량을 조절할 수 있는 효과가 있다.

도1은 본 발명에 따른 고평량 메타아라미드 페이퍼의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 고평량 메타아라미드 페이퍼의 합지 방법을 나타낸 개념도이다.

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.

도1은 본 발명에 따른 고평량 메타아라미드 페이퍼의 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 고평량 메타아라미드 페이퍼의 합지 방법을 나타낸 개념도이다.

본 발명은 도 1에서와 같이 2 이상의 저평량 메타아라미드 페이퍼가 합지되어 형성되는 고평량 메타아라미드 페이퍼로 2이상의 메타아라미드 페이퍼(100) 사이에 폴리페닐렌 설파이드 페이퍼(200)가 형성되는 내화학성이 향상된 고평량 메타아라미드 페이퍼(300)에 관한 것이다.

일반적인 고평량 메타아라미드 페이퍼를 습식초지법을 이용할 경우 공정상 탈수에 어려움이 있어 제조하기 어렵다. 따라서, 본 발명은 탈수공정에 어려움이 없는 저평량의 메타아라미드를 제조하여 합지 단계를 거쳐 고평량 메타아라미드 페이퍼를 제조한다.

상기 합지를 거친 고평량 메타아라미드 페이퍼의 평량이 80~200g/m²로 제조될 수 있을 것이다. 평량은 면적대비 중량에 관한 단위로써 평량이 높을수록 단위면적당 페이퍼의 압축도가 커서 내전압뿐만 아니라 물성도 향상된 특징을 갖는다.

한편, 저평량 메타아라미드 페이퍼는 피브리드와 플럭의 중량비가 30 대 70 에서 70 대 30인 비율로 제조할 수 있다.

상기 메타아라미드 피브리드는 페이퍼 제조에 있어서 고도로 피브릴화된 펄프로 높은 가요성, 종이에서의 높은 결합능 및 우수한 다공도 등의 매우 유용한 특성을 부여하는데, 메타아라미드는 피브릴형성이 어려운 특성을 가지고 있어 피브리드를 제조해야만 한다. 피브리드는 fiber-film hybrid에서 나온 단어이며 형태는 가공조건에 따라 매우 다양하다.

이러한 가공 조건은 피브리드를 폼(form) 형태로부터 섬유질이 많은 입자 등의 다양한 형태와 유변학적 모폴로지를 이끌어내기 때문에 피브리드 제조 조선을 어떻게 선정하느냐가 페이퍼 물성에 매우 중요한 영향을 미친다.

또한 메타아라미드 페이퍼의 기계적 강도에 양향을 미치는 메타아라미드 플럭(floc)은 섬유형성 뿐만 아니라 섬유 물성에 중요한 요인으로 작용을 한다. 즉, 적정 고분자 농도에서 메트릭스 상으로 되어 연속상인 섬유를 얻을 수 있지만 희박농도에서는 마이크로 보이드상으로 존재하게 되어 섬유물성이 저하될 우려가 있으며 반대로 고농도에서 지나친 치밀화 구조에 의해 연신 공정에서 배향이 어려워 물성 개선이 어렵게 될 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 저평량 메타아라미드 페이퍼를 제조할 때 피브리드와 플럭의 중량비가 30 대 70 에서 70 대 30인 비율로 혼합해서 사용하는 것이 바람직하고 상기 저평량 메타아라미드 페이퍼의 평량이 30~50 g/m²인 것이 바람직할 것이다.

상기 저평량 메타아라미드 페이퍼를 합지하여 고평량 메타아라미드 페이퍼를 제조하기 위해 저평량 메타아라미드 페이퍼를 부착시키는 물질로 본 발명에서는 폴리페닐렌 설파이드 페이퍼가 사용된다.

상기 폴리페닐렌 설파이드 페이퍼는 폴리페닐렌 설파이드 단섬유로 제조되는 페이퍼로 폴리페닐렌 설파이드의 높은 내화학성으로 고평량 메타아라미드 페이퍼의 내화학성을 향상시킨다.

본 발며에서 사용되는 폴리페닐렌 설파이드 페이퍼는 섬유장 3~12㎜, 섬도 1~2데니어(denier), 신도 20~80%의 연신 폴리페닐렌 설파이드 단섬유와 섬유장 3~12㎜, 섬도 2~5데니어(denier), 신도 100~300%의 미연신 폴리페닐렌 설파이드 단섬유로 형성되는 것이 바람직할 것이다.

상기와 같이 섬도가 다른 연신 폴리페닐렌 설파이드 단섬유와 미연신 폴리페닐렌 설파이드 단섬유로 형성되는 폴리페닐렌 설파이드 페이퍼는 미연신된 단섬유로 인해 폴리페닐렌 설파이드 페이퍼 제조시 단섬유간의 상호 인접한 공간을 효율적으로 밀착시킬 수 있어 페이퍼의 공극을 메우고 물성을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 연신 폴리페닐렌 설파이드 단섬유와 미연신 폴리페닐렌 설파이드 단섬유는 중량비 20 대 80 에서 80 대 20으로 혼합되어 폴리페닐렌 설파이드 페이퍼를 형성하는 것이 바람지할 것이다.

상기 폴리페닐렌 설파이드 페이퍼는 메타아라미드 페이퍼와 부착성을 향상키기 위해 폴리페닐렌 설파이드 페이퍼 제조시 메타아라미드 피브리드가 1~5중량% 함유시켜 제조할 수 있을 것이다.

본 발명의 2이상의 저평량 메타아라미드 페이퍼(100)와 폴리페닐렌 설파이드 페이퍼(200)로 제조되는 고평량 메타아라미드 페이퍼(300)는 도 2에서와 같이 핫롤러(10)를 통해 합지될 수 있을 것이다.

상기 폴리페닐렌 설파이드는 용융온도가 약 280℃로 핫롤러의 온도를 폴리페닐렌 설파이드의 용융온도까지 상승시켜 상기 저평량 메타아라미드 페이퍼 사이의 폴리페닐렌 설파이드 페이퍼를 용융시켜 합지시킬 수 있다.

상기 합지과정에서 폴리페닐렌 설파이드 페이퍼의 미연신 폴리페닐렌 설파이드 단섬유로 인해 공극을 최소화시키고 저평량 메타아라미드 페이퍼를 부착시킬 수 있을 것이다.

본 발명의 고평량 메타아라미드 페이퍼는 상기 저평량 메타아라미드 페이퍼 사이에 폴리페닐렌 설파이드 페이퍼를 삽입하는 합지 방법으로 목표하는 고평량의 메타아라미드 페이퍼를 제조할 수 있다.

일예로, 3개의 저평량 메타아라미드 페이퍼층에서 상기 저평량 메타아라미드 페이퍼층 사이의 2개의 공간에 각각 폴리페닐렌 설파이드 페이퍼를 삽입하여 핫 롤러에 의한 합지를 할 수 있다.

본 발명은 하기의 실시예에 의하여 더욱 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이며, 첨부된 특허 청구범위에 의하여 한정하거나 제한하고자 하는 것은 아니다.

실시예 1

저평량 메타아라미드 페이퍼는 피브리드와 플락의 중량비 70:30으로 수분산하여 Wire Part, Press part, Dry part를 통하여 수분을 제거하여 제조하고,

폴리페닐렌 설파이드 페이퍼는 섬유장 5~7㎜, 섬도 2데니어, 신도 40%의 연신 폴리페닐렌 설파이드 단섬유 50중량%와 섬유장 5~7㎜, 섬도 3데니어, 신도 150%의 미연신 폴리페닐렌 설파이드 단섬유 50중량%로 제조하였다.

상기 저평량 메타아라미드 페이퍼 사이에 폴리페닐렌 설파이드 페이퍼를 삽입된 이후 온도 250~350℃와 압력 50~300kN/m인 핫롤러를 이용해 상기 저평량 메타아라미드 페이퍼 상하를 가압하여 본 발명에 따른 내화학성이 향상된 고평량 메타아라미드 페이퍼를 제조하였다.

비교예 1

실시예 1과 동일하게 제조하였으나, 폴리페닐렌 설파이드 페이퍼 대신 폴리에스테르 필름으로 합지하여 고평량 메타아라미드 페이퍼를 제조하였다.

비교예 2

종이 펄프로 Paper making 공정으로 고평량의 페이퍼를 제조하였다.

◈ 물성 평가

상기와 같은 실시예와 비교예에서 제조된 고평량의 페이퍼의 인장강도, 내전압강도를 측정하여 표 1에 나타내었다.

*인장강도 : ASTM D 828 측정법에 따라 L&W사의 Tensile Tester를 사용하여 측정하였다.이는 종이에 인장을 가하여 끊어질 때의 힘을 측정한 것이다.

*내전압 강도 : ASTM D419에 준하여 절연파괴가 일어나는 전압(kV)을 절연재료로 두께(mm)로 나눈 값이다.

구분	실시예					비교예 1		비교예 2
실험횟수	1	2	3	4	5	1	2	1	2
평량(g/m2)	88.9	89.5	91.3	92.3	90.4	85.4	87.6	90.2	91.6
인장강도(MD, N/)	94.5	95.6	95.3	96.3	94.5	81.1	81.0	82.3	82.3
내전압강도(kV/mm)	24.4	23.5	23.4	26.3	27.3	22.5	21.2	19.2	18.5

표 1에서와 같이 실시예는 폴리페닐렌 설파이드 페이퍼로 합지하여 폴리에스테르 필름으로 합지된 비교예 1보다 높은 인장강도 및 내전압 강도를 가지는 것을 알 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예는 종이 펄프로 제조된 비교예 2의 페이퍼와 평량이 유사하지만 인장강도 및 내전압 강도가 높을 것을 알 수 있다.

Claims (5)

1. 2 이상의 저평량 메타아라미드 페이퍼로 형성되되,
   상기 2이상의 메타아라미드 페이퍼 사이에 폴리페닐렌 설파이드 페이퍼가 형성되는 것을 특징으로 하는 내화학성이 향상된 고평량 메타아라미드 페이퍼.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 저평량 메타아라미드 페이퍼는 메타아라미드 피브리드와 메타아라미드 플럭의 중량비가 30 대 70 에서 70 대 30이며, 평량이 30~50g/m²인 것을 특징으로 하는 내화학성이 향상된 고평량 메타아라미드 페이퍼.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 폴리페닐렌 설파이드 페이퍼는 섬유장 3~12㎜, 섬도 1~2데니어(denier), 신도 20~80%의 연신 폴리페닐렌 설파이드 단섬유와 섬유장 3~12㎜, 섬도 2~5데니어(denier), 신도 100~300%의 미연신 폴리페닐렌 설파이드 단섬유로 형성되는 것을 특징으로 하는 내화학성이 향상된 고평량 메타아라미드 페이퍼.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 연신 폴리페닐렌 설파이드 단섬유와 미연신 폴리페닐렌 설파이드 단섬유는 중량비 20 대 80 에서 80 대 20으로 혼합되어 폴리페닐렌 설파이드 페이퍼를 형성하는 것을 특징으로 하는 내화학성이 향상된 고평량 메타아라미드 페이퍼.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 저평량 메타아라미드 페이퍼를 2 이상 합지되어 고평량 메타아라미드 페이퍼의 평량이 80~200g/m²인 것을 특징으로 하는 내화학성이 향상된 고평량 메타아라미드 페이퍼.

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