KR20230018848A - Meta aramid fiber improved having physical properties - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 물성이 향상된 메타아라미드 섬유에 관한 것으로 제조공정 중에 각 공정의 조건을 조절하여 메타아라미드 섬유의 물성을 향상시킬 수 있는 물성이 향상된 메타아라미드 섬유에 관한 것이다.The present invention relates to meta-aramid fibers with improved physical properties, and relates to meta-aramid fibers with improved physical properties capable of improving the physical properties of meta-aramid fibers by controlling the conditions of each process during the manufacturing process.
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. Aromatic polyamide called aramid developed in the 1960s was developed to improve the heat resistance of nylon, an aliphatic polyamide. It has excellent heat resistance and high tensile strength that can be used for fibers such as cords.
일반적인 지방족 폴리아미드는 아미드기사이에 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.A general aliphatic polyamide is a synthetic resin in which aliphatic hydrocarbons are bonded between amide groups, but aramid refers to a synthetic resin in which 85% of benzene groups are bonded to two aromatic rings between amide groups. While the aliphatic hydrocarbon of the aliphatic polyamide easily undergoes molecular movement when heat is applied, the benzene ring of the aromatic polyamide has a rigid molecular chain and does not move easily even when heat is applied, so it is stable to heat and has a high elastic modulus, so it is a general aliphatic polyamide. shows a lot of difference in characteristics.
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.In particular, meta-aramid is representative of Nomex developed by Dupont and Conex developed by Teijin. Meta-aramid is a benzene ring bonded to an amide group at the meta position. Its strength and elongation are similar to those of normal nylon, but its stability against heat is very good. It is used as a material for heat-resistant clothing such as firefighting uniforms, uniforms for race car drivers, uniforms for astronauts, and working clothes, and is used as a high-temperature filter for industrial purposes.
메타아라미드 섬유는 대한민국 등록특허 제1703349호에서 개시된 바와 같이 메타-페닐렌 디아민과 이소프탈로일클로라이드로 중합된 메타아라미드를 용매에 녹여 메타아라미드 도프를 형성하고 상기 메타아라미드 도프를 방사하여 섬유로 형성하는 섬유형성단계를 포함하여 제조하거나, 대한민국 등록특허 제0490219호에서와 같이 주 반복 단위로서 m-페닐렌디아민 이소프탈아미드 단위를 함유하는 메타형 전방향족 폴리아미드를 아미드 화합물 용매에 용해시켜 중합체 용액을 제조하고 중합체 용액을, 물 및 아미드 화합물 용매를 포함하지만 실질적으로 어떠한 염도 함유하지 않는 응고욕 중으로 방사돌기의 오리피스를 통해 섬유 형태로 압출하고 생성된 섬유질 중합체 용액을 응고욕 중에서 응고시키는 습식 방사 단계에 중합체 용액을 적용시키고; 섬유를 아미드 화합물 용매의 수용액을 함유하는 가소 연신욕 중에서 연신하는 연신 단계에, 응고로 형성된 생성 다공질 비연신 섬유를 적용시키고; 생성된 연신 섬유를 물로 세척하고; 세척된 섬유를 열 처리하는 단계(예컨대, 270 내지 400℃에서 가열하면서, 0.7 내지 3.0의 연신율로 섬유를 추가 연신함)를 포함하여 제조된다.As disclosed in Korean Patent Registration No. 1703349, meta-aramid fibers are formed by dissolving meta-aramid polymerized with meta-phenylene diamine and isophthaloyl chloride in a solvent to form meta-aramid dope, and spinning the meta-aramid dope to form fibers. It is prepared by including a fiber forming step, or, as in Korean Patent Registration No. 0490219, a meta-type wholly aromatic polyamide containing an m-phenylenediamine isophthalamide unit as a main repeating unit is dissolved in an amide compound solvent to form a polymer solution In a wet spinning step of preparing and extruding a polymer solution in the form of fibers through an orifice of a spinneret into a coagulation bath containing water and an amide compound solvent but substantially free of any salt, and coagulating the resulting fibrous polymer solution in the coagulation bath. apply the polymer solution; To a drawing step in which fibers are drawn in a plastic drawing bath containing an aqueous solution of an amide compound solvent, the resultant porous unstretched fibers formed by solidification are applied; washing the resulting drawn fibers with water; It is prepared by including a step of heat treating the washed fibers (for example, heating at 270 to 400 ° C. and further drawing the fibers at an elongation rate of 0.7 to 3.0).
상기와 같이 대부분의 메타아라미드 섬유는 습식방사를 통해 제조되는 것으로 메타아라미드 도프를 응고액에서 방사 및 연신공정으로 제조된다.As described above, most of the meta-aramid fibers are manufactured by wet spinning, and the meta-aramid dope is prepared by spinning and drawing processes in a coagulating solution.
상기와 같이 제조되는 메타아라미드 섬유는 메타아라미드 수지를 용매에 녹여 도프 상태에서 방사되는 것으로 물성 향상을 위한 방법이 매우 제한되는 문제점이 있었다.The meta-aramid fiber prepared as described above is spun in a doped state by dissolving the meta-aramid resin in a solvent, and there is a problem in that methods for improving physical properties are very limited.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로 메타아라미드 섬유를 제조하기 위해 습식방사 및 연신하는 공정 중에 공정의 조건을 조절하여 물성이 향상된 메타아라미드 섬유를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention was invented to solve the problems of the prior art as described above, and an object of the present invention is to provide meta-aramid fibers with improved physical properties by adjusting the process conditions during the wet spinning and stretching process to produce meta-aramid fibers. .
또한, 결정화도가 높은 모듈러스가 우수하여 직물, 제지, 부직포 등 다양한 목적으로 사용될 수 있는 메타아라미드 섬유를 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, it is an object of the present invention to provide meta aramid fibers that can be used for various purposes such as textiles, papermaking, and nonwoven fabrics due to their excellent modulus and high crystallinity.
본 발명은 메타-페닐렌 디아민(M-phenylene diamine, MPD)과 이소프탈로일클로라이드(Isophthaloyl chloride, IPC)로 형성되는 메타아라미드 섬유에 있어서, 상기 메타아라미드 섬유는 하기 식(2)를 만족하는 것을 특징으로 하는 물성이 향상된 메타아라미드 섬유를 제공한다. In the present invention, in the meta-aramid fiber formed of meta-phenylene diamine (M-phenylene diamine, MPD) and isophthaloyl chloride (IPC), the meta-aramid fiber satisfies the following formula (2) Provides a meta-aramid fiber characterized by improved physical properties.
식(2) OD + YM ≥ 120Equation (2) OD + YM ≥ 120
단, OD: 결정화도(%), YM: 영스모듈러스(g/de) 임However, OD: crystallinity (%), YM: Young's modulus (g / de)
또한, 상기 메타아라미드 섬유는 결정화도(%)가 80%이상인 것을 특징으로 하는 물성이 향상된 메타아라미드 섬유를 제공한다.In addition, the meta-aramid fiber provides a meta-aramid fiber with improved physical properties, characterized in that the crystallinity (%) is 80% or more.
또한, 상기 메타아라미드 섬유는 영스모듈러스가 40g/de이상인 것을 특징으로 하는 물성이 향상된 메타아라미드 섬유를 제공한다.In addition, the meta-aramid fiber provides a meta-aramid fiber with improved physical properties, characterized in that the Young's modulus is 40 g / de or more.
또한, 상기 메타아라미드 섬유는 강도가 4.6g/de이상인 것을 특징으로 하는 물성이 향상된 메타아라미드 섬유를 제공한다.In addition, the meta-aramid fiber provides a meta-aramid fiber with improved physical properties, characterized in that the strength is 4.6g / de or more.
상기와 같은 본 발명에 따른 물성이 향상된 메타아라미드 섬유는 메타아라미드 섬유를 제조하기 위해 습식방사 및 연신하는 공정 중에 공정의 조건을 조절하여 메타아라미드 섬유의 물성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.The meta-aramid fiber having improved physical properties according to the present invention as described above has an effect of improving the physical properties of the meta-aramid fiber by adjusting the process conditions during the wet spinning and stretching process to prepare the meta-aramid fiber.
또한, 본 발명에 따른 메타아라미드 섬유는 결정화도가 높은 모듈러스가 우수하여 섬유 자체의 물성을 향상시켜 방적사, 원단, 제지, 부직포 등에 사용될 경우 물성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the meta-aramid fiber according to the present invention has an excellent modulus with a high degree of crystallinity, so that it can improve the physical properties of the fiber itself when used in spun yarn, fabric, paper, nonwoven fabric, etc.
이하 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail. In describing the present invention, detailed descriptions of related known functions or configurations are omitted in order not to obscure the gist of the present invention.
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.As used herein, the terms 'about', 'substantially', and the like are used in a sense at or approximating that number when manufacturing and material tolerances inherent in the stated meaning are given, and are intended to convey an understanding of the present invention. Accurate or absolute figures are used to help prevent exploitation by unscrupulous infringers of the disclosed disclosure.
본 발명에서 개시되는 식의 계산은 각각의 측정값이 제시된 단위로 환산된 후, 측정값의 실수로만으로 계산된다.Calculation of the formula disclosed in the present invention is calculated only with the real number of the measured value after each measured value is converted into the presented unit.
본 발명은 결정화도 및 영스 모듈러스 등 물성이 향상된 메타아라미드 섬유에 관한 것이다.The present invention relates to meta-aramid fibers with improved physical properties such as crystallinity and Young's modulus.
본 발명의 메타아라미드 섬유는 일반적인 메타아라미드 섬유 제조방법과 같이 도프형성단계, 방사단계, 연신단계, 수세·건조단계, 열연신 단계를 포함하여 제조된다.The meta-aramid fiber of the present invention is prepared by including a dope forming step, a spinning step, a drawing step, a water washing/drying step, and a hot drawing step, as in a general meta-aramid fiber manufacturing method.
상기 도프형성단계는 메타-페닐렌 디아민(M-phenylene diamine, MPD)과 이소프탈로일클로라이드(Isophthaloyl chloride, IPC)로 중합된 메타아라미드를 용매에 녹여 메타아라미드 도프(Dope)를 형성하는 단계이다.The dope forming step is a step of forming meta-aramid dope by dissolving meta-aramid polymerized with meta-phenylene diamine (MPD) and isophthaloyl chloride (IPC) in a solvent.
본 발명에서는 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 형성할 수 있다.In the present invention, a polymerization process for preparing meta-aramid by polymerizing meta-phenylene diamine (MPD) and isophthaloyl chloride (IPC), and the polymerized meta-aramid in a polar amide-based solvent Meta-aramid dope can be formed by a solvent mixing process of melting and mixing.
상기 메타아라미드 도프 형성 시에 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 10~40중량%의 메타아라미드가 함유되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 10~25중량%의 메타아라미드가 함유되는 것이다.When forming the meta-aramid dope, the viscosity of the meta-aramid dope can be adjusted according to the mixing ratio of the polar amide-based solvent and meta-aramid, and it is preferable to adjust the mixing ratio of the polar amide-based solvent and meta-aramid to be suitable for spinning. . The meta-aramid dope preferably contains 10 to 40% by weight of meta-aramid in the polar amide-based solvent, more preferably 10 to 25% by weight of meta-aramid.
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.The polar amide-based solvent is dimethyl acetamide (DMAc), N-methylpyrrolidone (NMP), dimethyl formamide (DMF), dimethyl imidazolidinone (Dimethyl imidazolidinone) Any one compound may be used, and it is preferable to use dimethylacetamide, which is most effective.
상기 방사단계는 상기 도프를 아미드계 용매를 포함하는 극성 아미드계 용매가 함유된 응고액 속에서 방사하여 메타아라미드 섬유화하는 단계이다.The spinning step is a step of forming meta-aramid fibers by spinning the dope in a coagulating solution containing a polar amide-based solvent containing an amide-based solvent.
상기 방사단계에서 상기 메타아라미드 도프 온도는 50~90℃로 조절하여 방사하는 것이 바람할 것이다.In the spinning step, it would be preferable to adjust the meta-aramid dope temperature to 50 to 90 ° C.
상기 응고액은 극성 아미드계 용매와 물의 혼합물로 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, 본 발명에서는 디메틸아세트아미드를 사용하는 것이 바람직할 것이다.The coagulation solution is a mixture of a polar amide solvent and water, and the polar amide solvent is dimethyl acetamide (DMAc), N-methylpyrrolidone (NMP), dimethyl formamide (DMF) , Any one compound of dimethyl imidazolidinone may be used, and in the present invention, it is preferable to use dimethylacetamide.
상기 방사단계에서의 상기 응고액 농도는 극성 아미드계 용매가 35~55중량%함유되는 것이 바람직할 것이며, 응고액 온도는 메타아라미드 도프 온도에 따라 조절될 수 있으나, 10~50℃인 것이 바람직할 것이다.The concentration of the coagulation solution in the spinning step is preferably 35 to 55% by weight of the polar amide-based solvent, and the temperature of the coagulation solution may be adjusted according to the meta-aramid dope temperature, but is preferably 10 to 50 ° C. will be.
상기 방사속도는 메타아라미드 도프의 농도, 응고액의 농도에 따라 조절되어야 하나, 2~8m/min인 것이 바람직할 것이다.The spinning speed should be adjusted according to the concentration of the meta-aramid dope and the concentration of the coagulating solution, but it may be preferably 2 to 8 m/min.
상기 연신단계는 메타아라미드 섬유를 극성 아미드계 용매가 20~60중량% 함유된 응고액 속에서 연신하는 단계이다.The stretching step is a step of stretching meta-aramid fibers in a coagulant solution containing 20 to 60% by weight of a polar amide-based solvent.
상기 연신단계에서 연신배수(연신비)는 2.5~10인 것이 바람직할 것이다.In the stretching step, it is preferable that the stretching multiple (stretching ratio) is 2.5 to 10.
상기 연신단계는 일반적인 습식방사를 통한 메타아리미드 섬유의 연신단계와 동일한 방법으로 수행할 수 있을 것이다.The stretching step may be performed in the same manner as the stretching step of meta arimide fibers through general wet spinning.
상기와 같이 메타-페닐렌 디아민(M-phenylene diamine, MPD)과 이소프탈로일클로라이드(Isophthaloyl chloride, IPC)로 중합된 메타아라미드를 극성 아미드계 용매에 녹여 형성되는 도프를 극성 아미드계 용매가 함유된 응고액에서 습식방사 및 연신하여 메타아라미드 섬유를 제조한다.As described above, the dope formed by dissolving meta-aramid polymerized with meta-phenylene diamine (MPD) and isophthaloyl chloride (IPC) in a polar amide-based solvent is mixed with a polar amide-based solvent. Wet-spinning and stretching in a coagulation solution to prepare meta-aramid fibers.
본 발명의 물성이 향상된 메타아라미드 섬유 제조방법은 하기 식(1)로 계산되는 결정화 상수(Oc)가 60이상인 것을 특징으로 한다.The method for producing meta-aramid fiber with improved physical properties of the present invention is characterized in that the crystallization constant (Oc) calculated by the following formula (1) is 60 or more.
식(1) (Dt X Dr X Cc)/(Ct X V)= OcEquation (1) (Dt X Dr X Cc)/(Ct X V) = Oc
단, Ct : 응고액 온도(℃), Dt : 도프 온도(℃), Dr : 연신배수, Cc : 응고액 농도(중량%), V : 방사속도(m/min)임However, Ct: coagulant temperature (℃), Dt: dope temperature (℃), Dr: draw ratio, Cc: coagulant concentration (% by weight), V: spinning speed (m/min)
상기 연신배수는 연신단계에서의 연신배수로 열열신단계의 연신배수는 포함되지 않는다.The stretching multiple is a stretching multiple in the stretching step and does not include a stretching multiple in the hot-hot stretching step.
상기 결정화 상수(Oc)는 본 발명의 발명자가 메타아라미드 섬유를 제조하는 과정 중 메타아라미드 섬유의 물성을 제어할 수 있는 5가지의 요소를 추출하여 그 조합을 통해 메타아라미드 섬유의 물성을 용이하게 제어할 수 있는 수치로 정의한 것이다.The crystallization constant (Oc) is easily controlled by the inventors of the present invention by extracting five elements capable of controlling the physical properties of meta-aramid fibers during the process of manufacturing meta-aramid fibers, and through their combination. It is defined as a number that can be done.
상기 결정화 상수(Oc)가 60이상일 경우 제조되는 메타아라미드 섬유는 결정화도 및 영스 모듈러스(Young's modulus)가 향상되어 강도 등의 물성이 향상된다.When the crystallization constant (Oc) is 60 or more, the crystallinity and Young's modulus of the meta-aramid fiber produced are improved, thereby improving physical properties such as strength.
상기 결정화 상수(Oc)가 60미만인 경우 결정화도가 낮아지거나, 영스 모듈러스(Young's modulus)가 낮아질 수 있다.When the crystallization constant (Oc) is less than 60, crystallinity may be lowered or Young's modulus may be lowered.
상기 수세·건조단계는 메타아라미드 섬유에 함유된 극성 아미드계 용매를 제거하기 위해 섬유화된 메타아라미드 섬유를 수세하는 수세 및 수세를 통해 극성 아미드계 용매가 제거된 메타아리미드 섬유에 함유된 수분을 제거하기 위한 건조하는 단계이다.The water washing and drying step is to remove the polar amide solvent contained in the meta aramid fiber through washing with water and washing with water to remove the polar amide solvent contained in the meta aramid fiber. It is a drying step for
상기 수세·건조단계는 일반적인 습식방사를 통한 메타아리미드 섬유와 동일한 방법으로 수행할 수 있을 것이다.The water washing and drying step may be performed in the same way as meta arimide fibers through general wet spinning.
상기 열연신단계는 건조된 메타아라미드 섬유를 250~350℃에서 열연신하는 단계로 열연신 롤러를 통해 메타아라미드 섬유를 연신한다The hot stretching step is a step of hot stretching the dried meta aramid fiber at 250 to 350 ° C., and the meta aramid fiber is stretched through a hot drawing roller.
상기 열연신단계 이후, 열고정 단계, 크림프부여 단계 등은 추가적으로 실시할 수 있으며, 일반적인 메타아라미드 섬유의 제조방법과 동일한 방법으로 수행할 수 있을 것이다.After the heat stretching step, a heat setting step, a crimp imparting step, etc. may be additionally performed, and may be performed in the same manner as a general method for producing meta-aramid fibers.
상기와 같은 본 발명의 물성이 향상된 메타아라미드 섬유 제조방법은 방사단계 및 연신단계에서 응고액 온도(℃), 도프 온도(℃), 연신배수,응고액 농도(중량%), 방사속도(m/min)를 조절하여 메타아라미드 섬유의 물성을 향상시킬 수 있을 것이다.Meta aramid fiber manufacturing method with improved physical properties of the present invention as described above is the coagulant temperature (℃), dope temperature (℃), draw ratio, coagulant concentration (% by weight), spinning speed (m / min) will be able to improve the physical properties of meta-aramid fibers.
상기에서 설명된 제조방법으로 제조되는 본 발명의 메타아라미드 섬유는 하기 식(2)를 만족한다.The meta-aramid fiber of the present invention prepared by the manufacturing method described above satisfies the following formula (2).
식(2) OD + YM ≥ 120Equation (2) OD + YM ≥ 120
단,OD: 결정화도(%), YM: 영스모듈러스(g/de) 임However, OD: crystallinity (%), YM: Young's modulus (g/de)
본 발명의 메타아라미드 섬유 제조방법으로 제조되는 메타아라미드 섬유는 상기 결정화 상수(Oc)가 60이상일 경우 제조되는 메타아라미드 섬유는 상기 식(2)와 같이 결정화도(OD)와 영스 모듈러스(YM)의 합이 120이상일 것이다.The meta-aramid fiber produced by the meta-aramid fiber manufacturing method of the present invention is the sum of crystallinity (OD) and Young's modulus (YM) as shown in Equation (2) above, when the crystallization constant (Oc) is 60 or more. It will be over 120.
더욱 상세하게 본 발명의 제조방법으로 제조되는 메타아라미드 섬유는 결정화도(OD)가 80%이상으로 높은 결정화도를 가지며, 영스 모듈러스(YM)가 40g/de이상의 우수한 물성을 가지게 된다.In more detail, the meta-aramid fiber produced by the manufacturing method of the present invention has a crystallinity as high as 80% or more, and a Young's modulus (YM) of 40 g/de or more.
또한, 상기와 같은 높은 결정화도 및 영스 모듈러스로 강도가 향상되는 것으로 본 발명에 따른 메타아라미드 섬유는 강도가 4.6g/de이상인 것이 바람직할 것이다.In addition, since the strength is improved due to the high crystallinity and Young's modulus as described above, it is preferable that the strength of the meta-aramid fiber according to the present invention is 4.6 g / de or more.
본 발명의 물성이 향상된 메타아라미드 섬유는 물성이 우수하여 본 발명의 메타아라미드 섬유를 사용하여 제조되는 원단, 제지, 부직포 등 제품의 물성이 향상시키게 되어 다양한 용도로 사용될 수 있을 것이다.The meta-aramid fiber with improved physical properties of the present invention has excellent physical properties, so that the physical properties of products such as fabric, paper, and nonwoven fabric manufactured using the meta-aramid fiber of the present invention can be improved and can be used for various purposes.
이하 본 발명에 따른 물성이 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.Hereinafter, examples of methods for producing meta-aramid fibers with improved physical properties according to the present invention are shown, but these examples are only presented to understand the contents of the present invention, and the scope of the present invention is necessarily limited to these examples. It should not be interpreted as being
실시예 1 내지 8Examples 1 to 8
메타-페닐렌 디아민(M-phenylene diamine, MPD)과 이소프탈로일클로라이드(Isophthaloyl chloride, IPC)로 중합된 메타아라미드를 용매인 디메틸아세트아미드(DMAc)에 녹여 메타아라미드 농도가 20중량%인 메타아라미드 도프(Dope)를 형성하였다. Meta-aramid with a meta-aramid concentration of 20% by weight by dissolving meta-aramid polymerized with meta-phenylene diamine (MPD) and isophthaloyl chloride (IPC) in dimethylacetamide (DMAc), a solvent. Dope was formed.
상기 메타아라미드 도프(Dope)를 응고액의 응고조에서 습식방사하여 메타아라미드 섬유로 섬유화한 후, 연신하고, 수세 및 건조하였다.The meta-aramid dope was wet-spun in a coagulation bath of a coagulation solution to make meta-aramid fibers into fibers, and then stretched, washed with water, and dried.
건조된 메타아라미드 섬유를 250~350℃에서 열연신을 하였으며, 300~450℃에서 열고정하여 본 발명에 따른 물성이 향상된 메타아라미드 섬유를 제조하였다.The dried meta-aramid fibers were hot-stretched at 250 to 350 ° C and heat-set at 300 to 450 ° C to prepare meta-aramid fibers with improved physical properties according to the present invention.
각 실시예는 식(1)에 따른 결정화 상수(Oc)가 60이상되도록 응고액 온도(℃), 도프 온도(℃), 연신배수,응고액 농도(중량%), 방사속도(m/min)를 조절하였으며, 표 1에 나타내었다.In each embodiment, the coagulation temperature (℃), dope temperature (℃), draw ratio, coagulation concentration (% by weight), and spinning speed (m/min) so that the crystallization constant (Oc) according to Equation (1) is 60 or more. was adjusted, and is shown in Table 1.
비교예 1 내지 3Comparative Examples 1 to 3
실시예 1과 동일하게 제조하였으나, 결정화 상수(Oc)가 60미만으로 나오도록 조절하였으며, 응고액 온도(℃), 도프 온도(℃), 연신배수,응고액 농도(중량%), 방사속도(m/min)는 표 2에 나타내었다.It was prepared in the same way as in Example 1, but the crystallization constant (Oc) was adjusted to be less than 60, the coagulation temperature (℃), the dope temperature (℃), the draw ratio, the coagulation concentration (% by weight), the spinning speed ( m/min) is shown in Table 2.
◈ 물성 평가◈ Property evaluation
상기 실시예 1 내지 8과 비교예 1 내지 3의 강도, 결절화도, 영스 모듈러스(Young's modulus)를 측정하여 실시예는 표 1, 비교예는 표 2에 나타내었다. (비교예 4는 미국 D사의 메타아라미드 섬유, 비교예 5는 중국 Y사의 메타아라미드 섬유임)Strength, nodularity, and Young's modulus of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 3 were measured and are shown in Table 1 for Examples and Table 2 for Comparative Examples. (Comparative Example 4 is meta aramid fiber from D company in the United States, Comparative Example 5 is meta aramid fiber from Y company in China)
또한, 상기 실시예의 메타 아라미드 도프로 메타 아라미드 피브리드를 제조하고, 실시예 1 내지 8과 비교예 1 내지 5의 메타아라미드 섬유를 플럭(floc)으로 사용하여 피브리드, 플럭을 중량비 1대1로 혼합하여 평량 약 40 g/㎡의 제지로 제조하였으며, 제조된 제지의 인장강도를 측정하여 실시예는 표 1, 비교예는 표 2에 나타내었다.In addition, the meta aramid fibrids of the above examples were prepared with meta aramid dope, and the meta aramid fibers of Examples 1 to 8 and Comparative Examples 1 to 5 were used as flocs to form fibrids and flocs at a weight ratio of 1 to 1. It was mixed and prepared into paper having a basis weight of about 40 g / m 2 , and the tensile strength of the prepared paper was measured, and examples are shown in Table 1 and comparative examples are shown in Table 2.
* 측정방법* measurement method
1. 결정화도 : XRD(PW 1700, Philips, X-ray diffraction)를 이용하여 40kV, 30mA의 X-선을 조사하여 scan speed 4˚/min으로 5~55˚까지 측정, 얻어진 스펙트럼 중 15~30 회절각도(2θ) 범위에서 백그라운드 설정 후 상기 XRD 기기를 통해 결화도를 측정함1. Crystallinity: Irradiate 40kV, 30mA X-rays using XRD (PW 1700, Philips, X-ray diffraction) and measure from 5 to 55˚ at a scan speed of 4˚/min. After setting the background in the angle (2θ) range, the crystallinity is measured through the XRD device
2. 섬유강도 : Lenzing社 분석 설비인 Vibroskop로 섬도를 측정하고, Vibrodyn에 섬도를 입력후 강도를 측정함 2. Fiber strength: Measure the fineness with Vibroskop, Lenzing's analysis equipment, and measure the strength after entering the fineness into Vibrodyn
3. 영스 모듈러스(Young's modulus, 초기 탄성율) : 섬유의 신장 초기에서의 신도와 하중의 비 = 강도/신도로 측정방법은 Lenzing社 분석 설비인 Vibroskop로 섬도를 측정하고, Vibrodyn에 섬도를 입력후 강/신도를 측정함, 이때 섬유의 신장 초기(2%)에서의 신도와 하중의비(강도/신도)를 영스 모듈러스로 측정함3. Young's modulus (initial modulus of elasticity): ratio of elongation and load at the beginning of elongation of the fiber = strength/elongation measurement method is to measure the fineness with Lenzing's analysis equipment Vibroskop, enter the fineness into Vibrodyn, and then / elongation is measured, at this time, the ratio of elongation to load (strength/elongation) at the beginning of elongation (2%) of the fiber is measured by Young's modulus
4. 제지 인장강도 : ASTM D 828 측정법에 따라 L&W사의 Tensile Tester를 사용하여 측정함. 이는 제지의 MD 방향으로 인장을 가하여 끊어질 때의 힘을 측정한 것이다.4. Tensile strength of paper: Measured using L&W's Tensile Tester according to the ASTM D 828 measurement method. This is the measurement of the force when the paper is broken by applying tension in the MD direction.
(Cc, 중량%)Coagulant solution solvent concentration
(Cc, % by weight)
(Cc, 중량%)Coagulant solution solvent concentration
(Cc, % by weight)
표 1,2에서와 같이 물성이 향상된 메타아라미드 섬유 제조방법으로 제조되는 메타아라미드 섬유인 실시예 1 내지 8은 결정화 상수(Oc)가 60이상으로 결정화도가 80%이상이며, 영스 모듈러스도 40g/de이상으로 비교예 1 내지 3보다 모든 물성이 우수하며, 결정화도와 영스 모듈러스의 합이 120이상인 것을 알 수 있다.As shown in Tables 1 and 2, Examples 1 to 8, which are meta-aramid fibers prepared by the meta-aramid fiber manufacturing method with improved physical properties, have a crystallization constant (Oc) of 60 or more, a crystallinity of 80% or more, and a Young's modulus of 40 g/de From the above, it can be seen that all physical properties are superior to those of Comparative Examples 1 to 3, and the sum of crystallinity and Young's modulus is 120 or more.
또한, 메타아라미드 섬유의 강도에서도 실시예 1 내지 8은 4.61g/de이상으로 비교예 1 내지 5보다 우수한 것을 알 수 있다.In addition, it can be seen that Examples 1 to 8 are superior to Comparative Examples 1 to 5 at 4.61 g / de or more in the strength of meta-aramid fibers.
상기에서와 같이 결정화 상수(Oc)가 60이상으로 제조될 경우 메타아라미드 섬유에 기능성 물질 또는 추가적인 공정 없이도 메타아라미드 섬유의 물성을 향상시킬 수 있을 것이다.As described above, when the crystallization constant (Oc) is 60 or more, the physical properties of the meta-aramid fiber can be improved without functional materials or additional processes on the meta-aramid fiber.
또한, 실시예 1 내지 8의 메타아라미드 섬유로 제조되는 제지의 경우 인장강도가 36 N/㎝이상으로 비교예 1 내지 5의 메타아라미드 섬유를 함유하는 제지보다 인장강도가 높은 것을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 메타아라미드 섬유를 제지, 원단, 부직포 등 섬유제품에 함유시킬 경우 섬유제품의 물성을 향상시킬 수 있을 것이다.In addition, in the case of the paper made of the meta-aramid fibers of Examples 1 to 8, it can be seen that the tensile strength is higher than that of the paper containing the meta-aramid fibers of Comparative Examples 1 to 5 with a tensile strength of 36 N / cm or more. That is, when the meta-aramid fiber of the present invention is incorporated into textile products such as paper, fabric, and nonwoven fabric, the physical properties of textile products can be improved.
Claims (4)
상기 메타아라미드 섬유는 하기 식(2)를 만족하는 것을 특징으로 하는 물성이 향상된 메타아라미드 섬유.
식(2) OD + YM ≥ 120
단, OD: 결정화도(%), YM: 영스모듈러스(g/de) 임
In meta-aramid fibers formed of meta-phenylene diamine (M-phenylene diamine, MPD) and isophthaloyl chloride (IPC),
The meta-aramid fiber is a meta-aramid fiber with improved physical properties, characterized in that it satisfies the following formula (2).
Equation (2) OD + YM ≥ 120
However, OD: crystallinity (%), YM: Young's modulus (g / de)
상기 메타아라미드 섬유는 결정화도(%)가 80%이상인 것을 특징으로 하는 물성이 향상된 메타아라미드 섬유.
According to claim 1,
The meta-aramid fiber is a meta-aramid fiber with improved physical properties, characterized in that the crystallinity (%) is 80% or more.
상기 메타아라미드 섬유는 영스모듈러스가 40g/de이상인 것을 특징으로 하는 물성이 향상된 메타아라미드 섬유.
According to claim 1,
The meta-aramid fiber is a meta-aramid fiber with improved physical properties, characterized in that the Young's modulus is 40 g / de or more.
상기 메타아라미드 섬유는 강도가 4.6g/de이상인 것을 특징으로 하는 물성이 향상된 메타아라미드 섬유.
According to claim 1,
The meta-aramid fiber is a meta-aramid fiber with improved physical properties, characterized in that the strength is 4.6g / de or more.
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- 2021-07-30 KR KR1020210100830A patent/KR102586541B1/en active IP Right Grant
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |