KR20230048641A - 재생가능한 타이어 코드용 폴리아미드 멀티필라멘트 섬유 및 그를 포함하는 타이어 코드 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 바이오-기반 폴리아미드(bio-based polyamide)와 상기 폴리아미드에 대하여 구리 농도가 30~300 ppm이 되도록 첨가되는 구리 화합물을 포함하고, 원사 황산 상대점도 2.5~5, 원사 강도 8 g/d 이상, 원사 배향도 50x10-3 이상인 것을 특징으로 하는 타이어 코드용 폴리아미드 멀티필라멘트 섬유 및 이를 포함하는 타이어 코드에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 바이오-기반 재료를 이용하여 친환경적이면서도, 강도 및 형태안정성이 우수한 타이어 코드용 폴리아미드 멀티필라멘트 섬유, 타이어 코드 및 타이어를 얻을 수 있다.
Description
본 발명은 재생가능한 타이어 코드용 폴리아미드 멀티필라멘트 섬유 및 그를 포함하는 타이어 코드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 타이어 코드용으로서 사용가능한 친환경 소재로 만들어졌음에도 불구하고 원사 강도, 수축력 및 열응력이 우수하여 타이어의 형태안정성을 향상시키는 재생가능한 타이어 코드용 폴리아미드 멀티필라멘트 섬유, 상기 섬유를 포함하는 타이어 코드, 그리고 상기 타이어 코드를 포함하는 타이어에 관한 것이다.
폴리아미드 섬유는 내부식성, 내마모성, 내화학성 및 절연성이 우수한 특성으로 인해 의류용, 타이어 코드, 카페트, 로프, 낙하산, 성형품, 접착제 등의 광범위한 분야에서 응용되고 있는 소재이다.
타이어에는 타이어 내부를 이루고 있는 골격으로 타이어 코드가 다량 사용되고 있는데, 이는 타이어 형태 유지나 승차감에 있어 중요한 요소를 이루고 있다. 현재 사용되고 있는 코드 소재는 폴리아미드, 폴리에스테르, 아라미드, 레이온 및 스틸까지 다양한 재료가 사용되고 있는데, 특히 폴리아미드 섬유는 고강력, 고접착성, 내가수분해성 등이 우수하여 고무 제품 보강용 섬유로서 종래부터 사용되고 있다.
소비자들의 저탄소, 저환경오염 상품 선호 기조와 각국 정부의 친환경 정책 기조는 전세계적인 추세이며 차량 및 차량 부속품 제조업체에 대한 규제는 점점 더
엄격해지고 있다. 이와 같이 세계적으로 저탄소친환경 트렌드가 확산되면서, 타이어 생산 공정에서 발생하는 오염 물질을 감축하고, 타이어에 포함된 화학성 오염 물질을 친환경 소재로 대체한 친환경 타이어에 대한 관심이 높아지고 있다.
현재 타이어를 제조하는 데 사용되는 전체 재료 중 약 80%는 석유계 물질이다. 타이어 코드용 폴리아미드 섬유도 주원료가 석유계 물질이기 때문에, 석유 자원의 고갈과 석유 자원 사용에 따른 지구 온난화의 문제점을 가지고 있다. 이런 문제점을 극복하기 위해 식물 자원, 즉 바이오매스를 주원료로 하는 바이오폴리아미드 소재의 개발이 진행되고 있다. 그러나 바이오매스로부터 주원료를 얻는 친환경 폴리아미드 소재는 석유 자원으로부터 제조되는 폴리아미드 섬유에 비해서 열적 특성이 낮다. 폴리아미드 섬유는 제조 과정에서 융점 이상의 온도에서 체류 시간이 증가될수록 점도 하락이 크게 되며, 높은 원사 강도를 가지기 위해 고온에서의 연신 비율이 높아야 하는데, 바이오매스로부터 제조되는 폴리아미드 섬유는 낮은 열적 특성 때문에 연신 공정에서 고온을 부여할 수 없게 되어, 낮은 원사 강도, 외관 불량 및 사절이 증가되는 문제가 발생한다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 하나의 목적은 환경오염 문제를 줄일 수 있도록 바이오-기반 폴리아미드 섬유를 이용하면서도 열안정성이 개선되어 원사 강도, 수축력 및 열응력이 향상된 타이어 코드용 폴리아미드 멀티필라멘트 섬유를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 친환경적이면서도 수축력 및 열응력이 향상된 폴리아미드 멀티필라멘트 섬유를 포함하는 친환경 타이어 코드를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 제조 과정과 소재의 친환경성을 도모하면서도, 성능의 저하가 없는 친환경 타이어를 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 모두 하기 설명되는 본 발명에 의해서 달성될 수 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 하나의 양상은,
바이오-기반 폴리아미드(bio-based polyamide)와 상기 폴리아미드에 대하여 구리 농도가 30~300 ppm이 되도록 첨가되는 구리 화합물을 포함하고, 원사 황산 상대점도 2.5~5, 원사 강도 8 g/d 이상, 원사 배향도 50x10-3 이상인 것을 특징으로 하는 타이어 코드용 폴리아미드 멀티필라멘트 섬유에 관한 것이다.
상기 바이오-기반 폴리아미드(bio-based polyamide)는 나일론 56, 나일론 46 또는 나일론 410일 수 있으나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다.
상기 바이오-기반 폴리아미드(bio-based polyamide)는 ASTM-D6866 방법에 의해 측정될 때 50 pMC (percent modern carbon) 이상을 포함하는 탄소 함량을 갖는 것을 특징으로 하는 한다.
상기 구리화합물계 열안정제는 구리 할라이드계 열안정제일 수 있다.
본 발명의 다른 양상은 상술한 본 발명의 타이어 코드용 폴리아미드 멀티필라멘트 섬유를 포함하는 타이어 코드에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 양상은 본 발명의 타이어 코드용 폴리아미드 멀티필라멘트 섬유로 구성되고, 수축율은 4~10%이고, 수축력은 0.25~0.50 g/d, 열응력은 0.33~0.9 g/d인, 레조르신-포르말린-라텍스 수지에 의해 처리된 딥 코드에 관한 것이다.
본 발명의 또 다른 양상은, 황산 상대점도가 2.5 내지 5.0인 폴리아미드 칩을 용융 방사하여 필라멘트를 제조하고, 방사된 필라멘트를 냉각 및 고화하여 미연신사를 제조하고, 상기 미연신사를 유제 부여 후 다단 연신하여 연신사를 제조하고, 상기 연신사를 권취하는 공정을 포함하는 코드용 필라멘트의 제조방법에서, 상기 폴리아미드는 바이오-기반 폴리아미드(bio-based polyamide)이고, 구리 농도가 30~300 ppm이 되도록 구리 화합물을 포함하며, 상기 다단 연신공정은 200 내지 250℃의 온도에서 다단 연신 로울러를 이용하여 4.0 내지 6.5의 연신비를 갖도록 수행하는 타이어 코드용 폴리아미드 멀티필라멘트 섬유의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 타이어 코드용 폴리아미드 멀티필라멘트 섬유는 친환경 폴리아미드 소재에 구리 화합물 열안정제를 첨가하여 고온에서의 점도 하락 방지 및 연신공정에서의 고연신을 위한 고온이 가능하게 되어, 친환경 폴리아미드 섬유의 낮은 열안정성을 향상시켜 타이어 코드로서 양호한 기계적 특성을 제공할 수 있는 타이어 코드용 폴리아미드 멀티필라멘트 섬유를 제공하는 것이다.
또한 본 발명에 의하면 이전에는 타이어 코드로 사용할 수 없었던 친환경 폴리아미드 소재의 원사 강도를 나타낼 뿐만 아니라 열응력 및 수축력이 우수하여 타이어 형태안정성이 더욱 향상된 친환경 타이어 코드 및 이를 포함하는 친환경 타이어를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명에 의한 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예의 타이어 코드용 폴리아미드 멀티필라멘트 섬유는 바이오-기반 폴리아미드(bio-based polyamide)와 상기 폴리아미드에 대하여 구리 농도가 30~300 ppm이 되도록 첨가되는 구리 화합물을 포함하고, 원사 황산 상대점도 2.5~5, 원사 강도 8 g/d 이상, 원사 배향도 50x10-3 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 바이오-기반 폴리아미드는 바이오매스로부터 얻어지는 산 또는 아민으로 만들어지는 폴리아미드를 의미한다. 본 발명에서 바이오-기반 폴리아미드는 산(acid)과 디아민으로부터 제조되는데, 이들 중 적어도 하나는 바이오-기반(bio-based)이거나 또는 "재생가능한"것이다. "바이오-기반"은 산 및/또는 디아민을 제조하기 위한 재료가 재생가능한 생물학적 공급원, 예를 들어, 곡물, 식물성 오일, 셀룰로오스, 리그닌, 지방산을 비롯한 식물성 물질; 및 지방, 수지(tallow), 오일, 예를 들어 고래유, 어유 등을 비롯한 동물성 물질임을 의미한다. 산과 디아민의 생물공급원은, 석유 공급원과 비교할 때 그들 모두가 고수준의 탄소 동위원소 14C를 갖는다는 점에서 독특한 특성을 갖는다.
본 발명에서 바이오-기반 폴리아미드는, ASTM-D6866 바이오-기반 측정 방법(Biobased Determination method)으로 측정될 때 50 pMC 이상의 탄소 함량을 가진다. 다른 실시 형태에서, 폴리아미드는 ASTM-D6866 방법으로 측정될 때 각각 60, 70, 80, 90, 및 95 pMC 이상의 탄소 함량을 갖는다.
"바이오-기반 함량"을 도출하기 위한 ASTM-D6866 방법은 방사성 탄소 연대 측정법(radiocarbon dating)과 동일한 개념상에서 구축되지만, 연령 방정식(age equation)을 사용하지 않는다. 이 방법은 현대의 기준 표준의 양에 대한 미지의 샘플 내의 방사성 탄소(14C)의 양의 비를 측정하는 것에 의존한다. 이 비는 "pMC" (percent modern carbon) 단위를 사용하여 백분율로서 보고된다. 분석되는 물질이 현대의 방사성 탄소 및 화석 탄소 (석유, 석탄 또는 천연가스 공급원으로부터 유도되는 화석 탄소)의 혼합물이라면, 얻어지는 pMC 값은 샘플 내에 존재하는 바이오매스 물질(Biomass material)의 양과 직접적인 상관 관계가 있다.
본 발명에서 사용하기에 적합한 바이오-기반 폴리아미드의 예는 폴리아미드 4,6, 폴리아미드 5,6, 폴리아미드 4,10, 폴리아미드 9,10; 폴리아미드 9,12; 폴리아미드9,14; 폴리아미드 9,16; 폴리아미드 9,36; 폴리아미드 6,10; 폴리아미드 6,12; 폴리아미드 6,14; 폴리아미드6,16; 폴리아미드 6,18; 폴리아미드 6,36; 폴리아미드 10,10; 폴리아미드 10,12; 폴리아미드 10,13; 폴리아미드10,14; 폴리아미드 10,15; 폴리아미드 10,16; 폴리아미드 10,18; 폴리아미드 10,36; 폴리아미드 10T/1010; 폴리아미드 10I/1010; 폴리아미드 12,10; 이들의 둘 이상의 공중합체; 및 이들의 블렌드로 이루어진 군으로부터 선택된다. 폴리아미드 (a)로서의 사용에 바람직한 폴리아미드는 폴리아미드 46, 폴리아미드 56, 또는 폴리아미드 410이다.
C) 구리화합물 열안정제
본 발명의 재생가능한 타이어 코드용 폴리아미드 멀티필라멘트 섬유는 바이오-기반 폴리아미드의 낮은 열적 특성 문제를 극복하기 위해, 열안정제로서 사용하는 구리를 과량 첨가한다. 일반적으로 나일론 66 제조 시에 소량의 구리가 열안정제로 첨가되는데, 본 발명에서는 구리를 나일론 66보다 많은 양을 첨가하여 고온에서의 점도 하락 방지 및 연신공정에서의 고연신을 위한 고온이 가능하게 되어 타이어 코드로서 요구되는 특성을 가질 수 있게 된다.
구리 화합물로서는, 그 종류를 특별히 제한하는 것은 아니며, 예컨대, 아세트산구리 등의 유기 구리염, 혹은 염화제1구리, 염화제2구리 등의 구리 할라이드계 열안정제 등을 바람직하게 이용할 수 있다. 상기 구리 할라이드계 열안정제는 구체적으로 염화구리(I), 브롬화구리(I), 요오드화구리(I), 염화구리(II), 브롬화구리(II), 요오드화구리(II) 또는 이들의 조합일 수 있다.
열안정성 향상을 위해서는, 폴리아미드에 대하여 구리 농도가 30~300 ppm이 되도록 구리 화합물을 첨가하는 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 구리 농도가 50~150 ppm이 되도록 구리 화합물을 첨가하는 것이 좋다. 상기 구리 함유량이 30 ppm 미만이 되면, 열안정성 유지율이 저하하고, 300 ppm을 초과하면 방사팩의 압력이 상승하거나 연신 공정성이 저하되어 생산성이 떨어질 수 있다. 폴리아미드 중의 구리 함유량은 원자 흡광법이나 비색법 등에 의해 측정할 수 있다.
본 발명의 폴리아미드 멀티필라멘트 섬유에는 기타 첨가제로서 힌더드페놀계 산화방지제, 황계 산화방지제, 인계 산화방지제 등의 유기계 산화방지제나 열안정제, 힌더드아민계, 벤조페논계, 이미다졸계 등의 광안정제나 자외선흡수제 등을 첨가하여도 좋다. 첨가량은 적절한 양을 선택하면 되는데, 폴리아미드에 대하여 1~1000 ppm 첨가할 수 있다. 이들 첨가제는 1종만의 단독 사용뿐만 아니라, 여러 종류를 조합시켜 이용하여도 좋다.
또한, 타이어코드로서 요구되는 물성을 가지기 위해, 필라멘트는 분자량의 지표인 황산 상대점도가 2.5 이상 5 이하가 되어야 하고, 원사 강도가 8 g/d 이상, 배향도가 50x10-3 이상 될 수 있도록 연신비율(가장 높은 속도의 고뎃트 롤러 속도/첫번째 고뎃트 롤러 속도)이 4 이상이 되어야 한다. 원사 강도 및 배향도가 이보다 낮을 경우 타이어 코드로서 사용할 수 없게 된다.
폴리아미드 멀티필라멘트 섬유의 분자량은, 강신도 등의 기계 물성이나 방사성 등의 관점에서, 자동점도 측정장치를 이용하여 측정한 98% 황산 중 농도 1%, 25℃의 황산상대점도는 2.5 이상 4.0 이하이며, 더 바람직하게는 3.1 이상 3.6 이하이다. 원사의 황산상대점도가 2.5 미만이면 타이어 코드로서 충분한 강도의 섬유를 얻을 수 없고, 또한, 황산 상대점도가 4.0을 초과하면 폴리머의 유동성이 나빠 방사가 곤란하여 제조가 어렵게 된다.
원사의 배향도는 50X10-3 이상인 것이 바람직하다. 원사의 배향도가 50X10-3 이상이면, 주행시의 안정성이 우수한 타이어 코드를 수득할 수 있다.
[폴리아미드 멀티필라멘트 섬유의 제조방법]
본 발명의 또 따른 양상은, 황산 상대점도가 2.5 내지 5.0인 폴리아미드 칩을 용융 방사하여 필라멘트를 제조하고, 방사된 필라멘트를 냉각 및 고화하여 미연신사를 제조하고, 상기 미연신사를 유제 부여 후 다단 연신하여 연신사를 제조하고, 상기 연신사를 권취하는 공정을 포함하는 코드용 필라멘트의 제조방법에서, 상기 폴리아미드는 바이오-기반 폴리아미드(bio-based polyamide)이고, 구리 농도가 30~300 ppm이 되도록 구리 화합물을 포함하며, 상기 다단 연신공정은 200 내지 250℃의 온도에서 다단 연신 로울러를 이용하여 4.0 내지 6.5의 연신비를 갖도록 수행하는 타이어 코드용 폴리아미드 멀티필라멘트 섬유의 제조방법에 관한 것이다.
먼저, 황산 상대점도가 2.5 내지 5.0 인 폴리아미드 칩을 용융하여 노즐을 통과시키면서 압출하여 방출사를 제조한다. 본 발명에서 상기 폴리아미드 칩은 바이오-기반 폴리아미드(bio-based polyamide)이고, 구리 농도가 30~300 ppm이 되도록 구리 화합물을 포함한다. 구리화합물 열안정제를 포함하는 폴리아미드 칩은 160 내지 260℃의 온도 및 진공 하에서 2.5 내지 5.0의 황산 상대점도를 갖도록 고상중합이 된다. 이때, 폴리아미드 칩의 고유점도가 2.5 미만일 경우, 최종 연신사의 고유점도가 낮아져 열처리 후 처리 코드로서 고강도를 발휘할 수 없게 되며, 칩의 고유점도가 5.0을 초과할 경우에는 방사장력이 지나치게 증가하고 방출사의 단면이 불균일해져 연신 중 필라멘트 컷이 많이 발생하여 연신 작업성이 불량해진다. 상기와 같은 폴리아미드 칩을 용융하여 노즐을 통과시키면서 압출하여 방출사를 제조하게 된다.
이어서, 상기 방출사를 냉각구역을 통과시켜 급냉 고화시키게 된다. 이때, 필요에 따라 노즐 직하에서 냉각구역시작점까지의 거리, 즉 후드의 길이(L) 구간에 어느 정도 길이의 가열장치를 설치한다. 냉각구역에서는 냉각공기를 불어주는 방법에 따라 오픈 냉각(open quenching)법, 원형 밀폐 냉각(circular closed quenching)법, 방사형 아웃플로우 냉각(radial outflow quenching)법 및 방사형 인플로우 냉각(radial in flow quenching)법 등을 적용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이때, 상기 냉각구역 내에 급냉각을 위하여 주입되는 냉각 공기의 온도는 10 내지 50℃로 조절된다. 이와 같은 후드와 냉각구역 사이의 급격한 온도 차이를 이용한 급냉각은 방사된 중합체의 고화점 및 방사 장력을 높여 미연신사의 배향 및 결정과 결정 사이의 연결 사슬의 형성을 증가시키기 위함이다.
이어서, 냉각구역을 통과하면서 고화된 방출사를 단사간 마찰계수를 줄임과 동시에 연신성, 열효율이 우수한 유제를 부여한 후에, 방사하여 미연신사를 형성한다. 이어서, 상기 미연신사를 연신 롤러를 통과시켜 다단 연신하여 원사를 제조한다. 첫 번째 연신 롤러를 통과한 사를 스핀드로(spin draw) 공법으로 일련의 연신 롤러를 통과시키면서 연신시킴으로써 원사를 형성하게 된다. 연신 공정에서 미연신사는 다단 연신될 수 있으며, 각각의 연신 롤러 온도는 미연신사의 유리전이온도보다 높고 95℃보다 낮은 온도이나, 마지막 연신 롤러 온도는 220℃ 내지 260℃인 것이 바람직하다. 상기 마지막 연신 롤러 온도가 220℃ 미만이면 연신 공정에서 결정화도 및 결정의 크기가 증가하지 못하여 원사의 강도와 열적 안정성을 발현하지 못하여 고온에서 형태안정성이 저하되며, 상기 마지막 연신 롤러 온도가 260℃를 초과하면 융점에 너무 근접하여 오히려 결정이 분해되는 등 원사의 미세구조가 불균일해져서 원사의 강도가 저하될 수 있는 문제점이 있다.
[타이어 코드]
본 발명의 폴리아미드 섬유의 제조방법에서는, 폴리아미드 섬유를 연사하거나 합사함으로써, 원하는 타이어 코드를 얻을 수 있다. 나아가서는 그 표면에 접착 처리제를 부여하는 것도 바람직하다. 접착 처리제로는 RFL 계 접착 처리제를 처리하는 것이 고무 보강 용도에는 최적이다. 이와 같은 타이어 코드는, 상기 폴리아미드 섬유에 통상적인 방법에 따라 연사를 가하거나 혹은 꼬임이 없는 상태에서 RFL 처리제를 부착시켜, 열처리를 실시함으로써 얻을 수 있다.
일반적으로 폴리아미드 원사를 이용하여 연사, 제직 및 디핑 처리하여 딥코드를 제조하게 된다. 먼저, 상기 제조된 폴리아미드 원사를 300 내지 500 TPM으로 상하여 연신하여 제직하는데, 이에 한정되지 않는다.
상기 연사는 폴리아미드 원사에 하연(ply twist)을 가한 후에 상연(cable twist)을 가하여 합연함으로써 제조되며, 일반적으로 상연과 하연은 같은 연수 혹은 필요에 따라서 다른 연수를 가하게 된다. 본 발명에서는 폴리아미드 딥코드의 연수는 상/하연이 같은 수치로 300/300 TPM(Twist Per Meter) 내지 500/ 500 TPM으로 하게 된다. 상연과 하연을 같은 수치로 하게 될 경우, 제조된 딥코드가 회전이나 꼬임 등을 나타내지 않고 일직선상을 유지하기 쉽도록 하여 물성 발현을 최대로 할 수 있게 된다. 이때, 상/하연의 연수가 300/300TPM 미만일 경우에는 생코드의 절신이 감소하여 내피로도가 저하하기 쉽고, 500/500TPM을 초과할 경우에는 강력 저하가 커서 타이어 코드용으로 적절하지 않다.
이어서, 제직된 사를 디핑액에 디핑한 다음 건조하고 연신 및 열고정한 후, 다시 딥핑액에 침적한 다음 건조하고 열고정시켜 딥코드를 제조한다. 상기 디핑액은 특별히 한정되지 않으나, 에폭시, 파라클로로페놀계 레소시놀/포르말린 혼합수지 (Pexul)인 것이 바람직하다. 이때, 상기 건조는 고온에서 급격히 처리하는 것을 피해야 하며, 90℃ 내지 180℃에서 180 내지 220초 동안 실시하는 것이 바람직하다. 상기 건조 온도가 90℃ 미만이면 건조가 충분히 이루어지지 않을 수 있고, 건조하고 열처리할 때 디핑액 수지에 의한 겔이 발생할 수 있으며, 180℃초과하면 급격한 건조 인하여 디핑액 수지에 의한 겔이 발생할 수 있고 코드와 상기 딥 액 수지와의 불균일한 접착이 일어날 수 있다.
상기 열고정은 상기 딥 액 수지에 함침된 코드가 타이어 고무와 적절한 접착력을 갖기 위하여 수행되는 것으로, 상기 열고정 온도는 220℃ 내지 250℃에서 50 내지 90초간 이루어지는 것이 바람직하다. 50초 미만으로 열고정을 할 경우 접착액의 반응시간이 부족하여 접착력이 낮아지게 되며, 90초 이상 동안 열고정을 할 경우에는 접착액의 경도가 낮아져서 코드의 내피로성이 감소될 수 있다. 상기와 같이 제조된 딥코드는 수축율은 4~10%이고, 수축력은 0.25~0.50 g/d, 열응력은 0.33~0.9 g/d인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 양상은 상기와 같은 제조방법 등에 의해 얻어진 친환경 폴리아미드를 함유하는 폴리아미드 멀티필라멘트 섬유로 구성된 타이어이다. 위와 같이 해서 수득된 폴리아미드 섬유로 구성되는 타이어 코드 혹은 블라인드 직물을 사용하여 본 발명의 타이어를 얻을 수 있다. 예를 들어 타이어 코드가, 타이어의 트레드 내부에 배치된 벨트 또는 카커스 플라이에 적용될 수 있다.
이와 같은 본 발명의 타이어는, 친환경 타이어이면서도 우수한 균일성, 주행 안정성, 내구성을 발휘할 수 있어, 고성능의 친환경 타이어가 된다.
실시예
이하, 본 발명의 실시예를 들어 본 발명에 대해서 보다 상세하게 설명하지만, 이들 실시예는 단지 본 발명을 보다 명확하게 이해시키기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
실시예
실시예 1
테트라메틸렌 다이아민과, 피마자유로부터 이용가능한 세바식산의 중축합에 의해 구리 금속을 31 ppm 포함하는 황산 상대점도 3.18의 바이오폴리아미드 칩을 제조하였다.
제조된 칩을 압출기를 사용하여 290℃의 온도에서 용융방사한 후, 길이 550 mm의 냉각구역(10℃, 0.8 m/s의 풍속을 갖는 냉각공기 취입)을 통과시켜 고화시킨 다음 솔벤트 적용한 방사유제(파라핀오일 성분 70중량% 함유)로 오일링하였다. 미연신사를 500~900 m/min 방사속도로 권취하고, 다단 연신 후 2500~4000 m/min 권취속도로 권취하여 최종 원사를 제조하였다.
제조된 원사 2가닥을 370 TPM로 상하연하여 코드 사를 제조한 후, 상기 코드 사를 디핑 탱크에서 에폭시 수지와 Pexul의 접착액에 침적한 다음 건조 지역에서 170℃로 4.0% 연신 하에 150초간 건조하고, 고온 연신 지역에서 245℃로 3.0% 연신 하에 150초간 열고정한 후, 다시 레조시놀 포르말린 라텍스(RFL)에 침적한 다음 170℃로 100초간 건조하고 245℃로 4.5% 연신하에 40초간 열고정시켜 폴리아미드 딥코드를 제조하였다.
실시예 2~6 및 비교예 1~2
바이오-기반 폴리아미드의 함량, 구리 함량, 칩의 상대점도, 및 연신비율을 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 달리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 폴리아미드 딥코드를 제조하였다.
실험예 1
실시예 1~6 및 비교예 1~2에서 제조된 폴리아미드 멀티필라멘트 섬유 및 타이어 코드(딥 코드)의 물성을 하기와 같은 방법으로 평가하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
[물성 평가 방법]
(1) 원사 강도(g/d) 및 원사 배향도(%)
20~24℃, 55~65% 상대습도에서 24 시간 방치한 후, 인스트롱사의 저속 신장형 인장시험기를 이용하여, ASTM D-885 방법으로 측정하였다.
(2) 원사 배향도
베레크 보상기(Berek compensator)가 구비된 편광현미경을 사용하여 측정한다.
(3) 건열수축률(%, Shrinkage)
딥코드의 수축률은 25℃,65 %RH에서 24시간 방치한 후, 테스트라이트 (Testrite) 기기를 이용하여 0.05 g/d의 정하중에서 측정한 길이(L0)와 150℃로 30분간 0.05 g/d의 정하중에서 처리한 후의 길이(L1)의 비를 이용하여 건열수축률을 나타낸다.
S(%) = (L0 - L1) / L0 Х 100
(4) 수축력(N, Shrinkage Force)
딥코드의 수축력은 25℃, 65% RH에서 24시간 방치한 후, 테스트라이트 (Testrite) 기기를 이용하여 0.05 g/d의 정하중(F')에서 177℃로 2분간 처리한 후 발생한 응력의 최대값(F)을 이용하여 측정하였다. 수축력(SF)은 하기와 같은 식을 이용하여 표시될 수 있다.
F(N)=F'-F
(5) 열응력 (g/d, at peak)
딥코드 열응력은 100℃의 승온 속도로 상온에서 300℃까지 루프 형태의 시료에 초하중(= 0.05g/d x 2가닥 = 0.1g/d)을 부여하여 측정한다.
| 실시예 | 비교예 | ||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 1 | 2 | ||
| 폴리아미드 | NY410 | NY410 | NY410 | NY410 | NY56 | NY56 | NY410 | NY56 | |
| Bio-base 폴리아미드(%) | 71 | 71 | 71 | 71 | 45 | 45 | 71 | 45 | |
| 구리 함량(ppm) | 31 | 52 | 147 | 300 | 30 | 297 | 0 | 0 | |
| 상대 점도 |
칩 | 3.18 | 3.18 | 3.18 | 3.18 | 3.11 | 3.11 | 3.18 | 3.11 |
| 원사 | 2.85 | 3.09 | 2.95 | 2.81 | 2.72 | 3.09 | 2.44 | 2.40 | |
| 연신비율* | 4.0 | 4.8 | 4.8 | 4.2 | 4.1 | 4.6 | 2.8 | 2.1 | |
| 원사강도(g/d) | 8.0 | 10.0 | 9.9 | 8.2 | 8.0 | 9.5 | 6.3 | 5.8 | |
| 원사배향도(x10-3) | 52.8 | 63.4 | 63.1 | 55.3 | 55.1 | 61.6 | 32.3 | 29.9 | |
| 딥코드수축율(%) | 4.0 | 8.6 | 9.8 | 4.5 | 3.9 | 6.4 | 3.4 | 3.5 | |
| 딥코드수축력(g/d) | 0.25 | 0.42 | 0.50 | 0.29 | 0.27 | 0.40 | 0.18 | 0.16 | |
| 딥코드 열응력 (g/d, at Peak) |
0.34 | 0.38 | 0.44 | 0.35 | .033 | 0.37 | 0.28 | 0.26 | |
| *상기 연신비율은 외관 및 생산에 문제가 없는 최대 연신비율을 의미한다. | |||||||||
상기 표 1을 통해서 확인되는 바와 같이, 본 발명에 따라 바이오-기반 폴리아미드를 사용하면서도 열안정성을 강화시켜 고온에서 고연신비율로 연신이 가능하도록 연신성이 향상되어, 친환경이면서 강도 및 형태안정성이 우수한 타이어 코드용 멀티필라멘트 섬유를 얻을 수 있다는 것을 확인할 수 있다.
Claims (8)
- 바이오-기반 폴리아미드(bio-based polyamide)와 상기 폴리아미드에 대하여 구리 농도가 30~300 ppm이 되도록 첨가되는 구리 화합물을 포함하고, 원사 황산 상대점도 2.5~5, 원사 강도 8 g/d 이상, 원사 배향도 50x10-3 이상인 것을 특징으로 하는 타이어 코드용 폴리아미드 멀티필라멘트 섬유.
- 제1항에 있어서, 상기 바이오-기반 폴리아미드(bio-based polyamide)는 나일론 56, 나일론 46 또는 나일론 410인 것을 특징으로 하는 타이어 코드용 폴리아미드 멀티필라멘트 섬유.
- 제1항에 있어서 상기 바이오-기반 폴리아미드(bio-based polyamide)는 ASTM-D6866 방법에 의해 측정될 때 50 pMC (percent modern carbon) 이상을 포함하는 탄소 함량을 갖는 것을 특징으로 하는 타이어 코드용 폴리아미드 멀티필라멘트 섬유.
- 제1항에 있어서, 상기 구리화합물계 열안정제는 구리 할라이드계 열안정제인 것을 특징으로 하는 타이어 코드용 폴리아미드 멀티필라멘트 섬유.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항의 타이어 코드용 폴리아미드 멀티필라멘트 섬유를 포함하는 타이어 코드.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항의 타이어 코드용 폴리아미드 멀티필라멘트 섬유로 구성되고, 수축율은 4~10%이고, 수축력은 0.25~0.50 g/d, 열응력은 0.33~0.9 g/d인, 레조르신-포르말린-라텍스 수지에 의해 처리된 딥 코드.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항의 타이어 코드용 폴리아미드 멀티필라멘트 섬유를 포함하는 타이어.
- 황산 상대점도가 2.5 내지 5.0인 폴리아미드 칩을 용융 방사하여 필라멘트를 제조하고, 방사된 필라멘트를 냉각 및 고화하여 미연신사를 제조하고, 상기 미연신사를 유제 부여 후 다단 연신하여 연신사를 제조하고, 상기 연신사를 권취하는 공정을 포함하는 코드용 필라멘트의 제조방법에서,
상기 폴리아미드는 바이오-기반 폴리아미드(bio-based polyamide)이고, 구리 농도가 30~300 ppm이 되도록 구리 화합물을 포함하며,
상기 다단 연신공정은 200 내지 250℃의 온도에서 다단 연신 로울러를 이용하여 4.0 내지 6.5의 연신비를 갖도록 수행하는 타이어 코드용 폴리아미드 멀티필라멘트 섬유의 제조방법.
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