KR920006373B1 - 전방향족 폴리아미드 섬유의 제조방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

전방향족 폴리아미드 섬유의 제조방법

제1도는 본 발명에 따라 전방향족 폴리아미드 섬유를 제조하는데 사용되는 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 설명

1 : 기아펌프 2 : 구금

3 : 필라멘트 4 : 제1응고욕

5 : 수용액 공급장치 6 : 출구

7 : 제2응고욕 8 : 가이드롤

9 : 드래인 10 : 첫번째 롤

본 발명은 전방향족 폴리아미드 섬유의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 방사시에 에어 갭 스피닝(air gap spinning)시킴으로써 우수한 품질의 섬유를 높은 생산성으로 제조하는 전방향족 폴리아미드섬유의 제조방법에 관한 것이다.

종래에, 방향족 디아민과 방향족 디카본산으로부터 얻어진 전방향족 폴리아미드를 N-메틸피롤리돈(NMP) 또는 디메틸아세테이트(DMAc)와 같은 아미드계 용매에 용해시켜 형성된 방사원액을 염화칼슘등의 무기염이 함유된 응고욕중으로 압출하여 전방향족 폴리아미드 섬유를 제조하는 방법이 일본특공소 47-1555호, 일본특공소 47-26448호, 일본특공소 47-41743호에 이미 알려져 있다. 그러나, 전방향족 폴리아미드와 NMP 또는 DMAc로 이루어진 방사원액은 비교적 응고성이 나쁘기 때문에 공업적으로 습식방사를 이용하여 섬유를 제조하여야 하며, 이 경우 권취속도의 제한을 받게 되고 또한 절사빈도가 높아 생산성이 극히 저조한 문제점이 있었다.

본 발명자들은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 예의 노력한 결과, 방사구금을 응고욕 수면으로부터 일정거리 떨어져 설치하여 방사함으로써, 즉 에어 갭 스피닝시킴으로써 구금공으로부터 압출된 방사원액이 공기중에서 일부 응고된 다음 응고욕내에서 완전한 응고가 이루어지도록 하여, 습식방사에서의 커다란 난점인 드래그 포스(drag force)를 줄일 수 있어 고속으로 권취할 수 있으며, 더우기 응고욕 내부의 용매를 회수할 수 있어 건식방사에 있어서의 문제점인 용매회수도 용이하게 할 수 있음을 알게 되어 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

즉, 본 발명의 목적은 우수한 품질의 전방향즉 폴리아미드 섬유를 높은 생산성으로 제조하는 방법을 제공하는데 있다.

이하 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은, 전방향족 폴리아미드 섬유를 제조하는데 있어서, 85몰% 이상의 방향족 폴리아미드로 이루어진 중합체를 아미드계 용매에 용해시켜서 된 방사원액을 구금을 통해 압출시켜서 제1응고욕 및 제 2응고욕중에서 응고시키기 전에 상기 에어 갭에서 예비응고시키는 것을 특징으로 하는 전방향족 폴리아미드 섬유의 제조방법이다.

이와 같은 본 발명을 도면에 의거하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 밭명에 따라 전방향족 폴리아미드를 제조하는데 사용되는 장치의 개략도로서, 방사원액은 기아펌프(1)를 이용하여 투입되며, 구금(2)을 통해 압출된다. 이로부터 방사된 필라멘트(3)는 구금(2)의 말단과 제1응고욕(4)의 수면 사이의 에어 갭에서 예비응고되고, 예비응고된 필라멘트(3)는 제1응고욕(4)에 침지된다. 이때 제1응고욕(4)에는 그 상단에 수용액 공급장치(5)가 장착되어 있어 일정성분이 일정비율로 혼합된 수용액을 공급해 주게 되며, 그 하부는 원뿔형으로 설계되어 있고 출구(6)가 있어 수용액의 조성비가거의 변함이 없이 제2응고욕(7)으로 공급된다. 또한 수용액은 제1응고욕(4)에서 오버플로우(overflow)되므로 제1응고욕(4)의 수면은 일정하게 유지된다. 그리고, 제1응고욕(4)은 필라멘트(3)의 경로를 잡아 주는 역할을 한다. 상기 출구(6)로부터 방출된 수용액과 필라멘트(3)는 제2응고욕(7)에서 완전히 응고된다. 이때 제2응고욕(7)에는 가이드롤(8)이 설치되어 있다. 또한 제2응고욕(7)의 상단에는 드래인(9)이 설치되어 있어 제2응고욕의 수면을 일정하게 유지시킨다. 부호 10은, 첫번째 롤로서 구동모타로 속도를 조절할수 있다.

상기와 같은 응고공정을 거친 필라멘트는 수세, 연신, 건조, 열처리 및 냉각공정을 거쳐 필라멘트화하거나 크림핑, 절단공정을 부가하여 단섬유로 제조할 수 있다.

본 발명에 있어서, 전방향족 폴리아미드로서는 다음의 구조식(가) 또는, 구조식(나)로 표시되는 반복단위를 85몰% 이상 갖는 것이 바람직하며,

여기서, Ar,Ar' 및 Ar"는 2관능성 방향환이다. 특히, 그중에서도 폴리메타페닐렌 이소탈아미드 또는 폴리메타페닐렌 테레프탈아미드 등이 좋다.

본 발명에 있어서, 상기 에어 갭은 구금의 말단으로부터 제1응고욕의 수면까지의 공간으로서, 특히 그 거리 L이 중요한 바, 거리 L이 다음의 식(I)을 만족할때 조업성 및 제조된 원사 품질이 우수하다.

여기서, L은 구금 말단으로부터 제1응고욕의 수면까지의 거리로서 그 단위가 cm이고, V는 첫번째 롤에서의 선속도로서 그 단위가 mpm이며, S는 응고욕중의 용매의 함량으로서 그 단위가 중량%이다.

에어 갭 스피닝에서는 에어 갭의 거리 및 응고욕의 성분이 가장 중요하며, 생산성을 향상 시키기 위한 가장 좋은 방법으로는 특히 에어 갭의 거리를 알맞게 조정하는 것이 가장 효울적인 방법이다.

즉, 에어 갭의 거리에 따라서 권취속도가 제한을 받게 되며 응고욕내의 용매의 함량에 따라서 에어 갭의 거리를 조정하여야 한다. 첫번째 롤에서의 선속도가 매우 빠른 경우 에어 갭의 거리가 너무 길면 에어 갭에서 미처 완전한 고화가 일어나지 않은 필라멘트에 과도한 힘이 작용하어 절사되기 쉬우므로 안정한 필라멘트를 형성하지 못하여 조업이 불가능하게 되므로 방사속도가 빠를수록 에어 갭의 거리는 가까워야 하며, 또한 응고욕내에서의 용매의 함량이 높은 경우 고분자 사슬의 유동성이 좋아 방사드레프트를 올릴 수 있으나 응고력이 떨어지므로 에어 갭의 거리를 길게 하여 필라멘트가 응고욕내에 함침하기 전에 어느정도 고화를 시켜주어야 한다.

한편, 본 발명에 있어서 응고욕내에서의 용매의 함유량은 다음의 식(II)의 범위를 만족하는 것이 좋다.

10중량% ≤ S ≤ 40중량% (Ⅱ)

여기서, S는 응고욕중의 용매의 함량으로서 그 단위가 중량%이다. 응고욕내에서의 용매의 함량이 본 발명의 범위내에 있는 경우 구금으로부터 응고욕수면까지의 거리를 조정하여 좋은 품질의 원사를 고생산성으로 제조할 수 있으나 본 발명의 범위를 벗어나는 경우 응고성이 지극히 나쁘거나 고분자 사슬의 유동성이 지나치게 좋아져서 구금으로부터 응고욕수면까지의 거리를 조정하여도 생산성 및 조업성의 저하를 피할 수없게 된다.

또한, 본 발명의 응고욕에는 칼슘클로라이드를 적당량 함유한다. 즉, 방향족 폴리아미드 폴리머 제조시생성된 칼슘클로라이드는 구금에서 압출된 후에도 계속 필라멘트 내부에 잔존하게 되는데, 잔존량이 많으면 원사물성에 나쁜 영향을 미치게 되는바, 본 발명자들은 구금에서 압출된 필라멘트 내부에 잔존해 있는 칼슘클로라이드를 효과적으로 제거해주기 위해 응고욕에 칼슘클로라이드를 다음 식(Ⅲ)을 만족하는 농도로 용해시켰다.

1/10·S≤C≤1/2·S (Ⅲ)

여기서, S는 응고욕중의 용매의 함량으로서 그 단위가 중량%이고, C는 응고욕중의 염화칼슘의 함량으로서 그 단위가 중량%이다.

이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 실명하면 다음과 같다. 다음의 실시예는 제1도에 나타낸 장치를 이용하여 실시하였다.

[실시예 1]

m-페닐렌디아민과 이소프탈산클로라이드 및 테레프탈클로라이드를 공중합 몰비 90:10로 공중합시켜서 얻어진 고유점도 1.⁸⁵의 전방향족 폴리아미드 23중량%를 NMP 용매에 용해시켰다. 이것을 탈포 및 여과공정을 거쳐 10,000 홑수를 갖는 구금으로부터 7.⁵⁵ l/min의 토출량으로 압출하였다. 이때, 에어 갭(구금으로부터 제1응고욕의 수면까지의 거리)을 1.⁵cm로 하였고 제1응고욕으로 공급되는 수용액의 조성비를 NMP: 칼슘클로라이드:물=15:5:80(중량분율)로 하였다. 또한 첫번째 롤의 선속도를 150mpm으로, 방사온도를 130℃로 하고, 응고욕의 온도를 40℃로 하였다. 그 다음, 수세하고 100℃의 욕조내에서 3.³배 연신한 후, 건조 및 350℃의 열판에서 열처리하고 냉각하여 전방향족 폴리아미드 필라멘트를 제조하였다. 권취속도 495mpm에서도 조업성이 아주 양호하였으며 원사의 투명성 또한 우수하였다.

상기에서 제조된 섬유에 대해 섬도, 강도 및 신도를 측정한 결과를 다음의 표 1에 나타내었다.

[실시예 2]

에어 갭을 1.⁸cm로 하고 응고욕의 성분을 NMP:CaCl₂:물=25:10:65(중량분율)로 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 섬유를 제조하였다. 이때 조업성이 극히 우수하였다.

제조된 섬유에 대한 물성을 다음의 표 1에 나타내었다.

[비교예 1]

에어 갭을 2.⁵cm로 한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 섬유를 제조하였다. 이때 조업성이 불량하였다. 제조된 섬유에 대한 물성을 다음의 표 1에 나다내었다.

[비교예 2]

응고욕의 성분을 NMP:CaCl₂:물=5:10:85(중량분율)로 한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일한방법으로 섬유를 제조하였다. 이때 조업성이 불량하였다. 제조된 섬유에 대한 물성을 다음의 표 1에 나타내었다.

[표1]

Claims (4)

1. 전방향족 폴리아미드 섬유를 제조하는데 있어서, 85몰% 이상의 방향족 폴리아미드로 이루어진 중합체를 아미드계 용매에 용해시켜서 된 방사원액을 구금을 통해 압출시켜서 제1응고욕 및 제2응고욕중에서 응고시키되, 상기 구금과 상기 제1응고욕의 사이에는 에어 갭을 두어 제1응고욕 및 제2응고욕중에서 응고시키기 전에 상기 에어 갭에서 예비응고시키는 것을 특징으로 하는 전방향족 폴리아미드 섬유의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 에어 갭은 구금 말단으로부터 제1응고욕의 수면까지의 공간으로서 그 거리 L이 다음의 식(I)을 만족하는 것을 특징으로 하는 전방향족 폴리아미드 섬유의 제조방법.

   

   여기서, L은 구금 말단으로부터 제1응고욕의 수면까지의 거러로서 그 단위가 cm이고, V는 첫번째 롤에서의 선속도로서 그 단위가 mpm이며, S는 응고욕중의 용매의 함량으로서 그 단위가 중량%이다.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1응고욕은 그 하부가 원뿔형이며 출구가 있는 용기에 담겨 있어서 제1응고욕이 제2응고욕으로 공급되면서 구금으로부터 토출된 필라멘트의 경로를 잡아주는 것임으로 특징으로 하는 전방향족 폴리아미드 섬유의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1응고욕 및 제2응고욕은 다음의 식(II)를 만족하는 양의 용매와 다음의 식(III)을 만족하는 양의 염화칼슘 및 물로 이루어진 것임을 특징으로 하는 전방향족 폴리아미드 섬유의 제조방법.

   10중량% ≤ S ≤ 40중량% (Ⅱ)

   1/10·S≤C≤1/2·S (Ⅲ)

   여기서, S는 응고욕중의 용매의 항량으로서 그 단위가 중량%이고, C는 응고욕중의 염화칼슘의 함량으로서그 단위가 중량%이다.

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