KR940006372B1 - 전방향족 폴리아미드계 장섬유 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

전방향족 폴리아미드계 장섬유 제조방법

제 1 도는 본 발명에 따른 방사구금 장치의 개략도.

제 2 도는 제 1 도에 있어서, 분배판에 대한 상세도.

제 3 도는 본 발명의 방사구금의 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 방사블럭 2 : 분배판

3 : 분배판 홀 4 : 방사구금

5 : 조임기 6 : 조립볼트

7 : 가스켓 8 : 방사구금 홀

81 : 방사구금 중심부의 방사구금 홀

82 : 방사구금 원주부의 방사구금 홀

9 : 분배판 중심(center) H : 분배판 홀의 높이

R : 분배판 중심에서 분배판 홀의 중심까지의 거리

본 발명은 전방향족 폴리아미드계 장섬유를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고강도 및 고탄성의 물성을 지니면서 방사성이 우수한 전방향족 폴리아미드 필라멘트상 장섬유의 제조방법 및 그 제조 장치에 관한 것이다.

종래, 전방향족 폴리아미드계 장섬유의 제조방법은, 길이/직경이 동일한 방사구금홀에 방사원액을 토출하여, 응고욕에서 응고시키고 수세 건조하는 것으로 행하여졌다.

이에 따라 방사시, 구금의 중심 부위에 있는 홀과 구금의 원주 부위에 있는 홀 사이에는 방사원액의 토출속도, 압력 및 점도의 차이가 발생하며, 균일한 물성을 갖는 폴리아미드 필라멘트의 제조가 불가능하였다.

즉, 종래의 방사구금에서는 상기와 같은 구조상의 문제점으로 인하여, 구금 중심 부위에 홀에 도달하는 방사원액의 토출속도와 압력이 구금의 원주 부위에 위치한 홀에 비하여 높게 되며, 구금 내부의 방사원액의 점도는 액정상의 고분자의 특성으로 구금의 중심부분이 원주 부위보다 낮게 된다. 이에 따라, 동일 구금에서 방사한 섬유의 균제도(均齊度)가 불균일해지고 방사성이 떨어지게 된다.

전방향족 폴리아미드 섬유와 같이 고탄성 고장력이 섬유를 제조함에 있어서는, 방사시 섬유를 형성하고 있는 분자쇄를 섬유축 방향으로 평형하게 배열하여, 응력을 섬유내에 균일하게 분포시켜 균일한 구조를 형성하도록 하는 것이 중요한다.

분자쇄로 구성된 범용성 고분자(지방족계의 선상 고분자) 재료는, 그 강도가 최대한 발휘되기 위하여서는, 고분자쇄를 가능한 연신방향으로 최대한 펼쳐지도록 재편성할 수 있으나, 강직한 분자구조를 갖는 전방향족 폴리아미드 고분자는, 액정성으로서 막대 모양을 하고 있으므로, 분자간에 겹침(folding)이 형성되거나 나선 형태(helical structure)가 되어지지 않는다. 그리고, 이들 액정성 고분자는 액정 상태의 방사원액이 유동시 외부로 부터 응력(stress)를 받게 되면 스트레스 방향으로 평형하게 배열되는 특성이 있다.

따라서, 고분자내의 쉬어 레이트(sheer rate)가 증가하게 되면, 점도가 낮아지게 된다. 이에 따라 액정성고분자를 방사할때, 섬유내에 가해지는 응력을 균일하게 분포시켜 주는 것이 균일한 구조의 섬유를 얻기 위한 필수요건이 된다. 그러나, 상기의 방사구금에 의하여서는 구금의 중심부와 원주부에의 방사원액의 토출속도, 압력 및 점도가 서로 다르게 되므로, 분자쇄에 미치는 응력이 불균일하게 되어 섬유의 물성 및 방사성이 저하되는 문제점이 있다.

최근, 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 방사구금의 중심으로 부터 원주 부위까지 직경이 서로 다른 홀을 설치하는 방법이 제안되기도 하였으나, 이는 구금의 제작이 매우 곤란할 뿐만 아니라, 섬유의 특성에 따라 홀의 크기를 적용하기가 기술적으로 까다로운 문제가 있어 공정상에 적용하기에는 실제적이지 못한 문제점이 있다.

본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 방사구금의 중심부나 원주부에서의 토출되는 방사원액의 압력, 토출량 및 점도를 모두 일정하게 할 수 있는 방사구금 장치를 제공하는 데에 그 첫째 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 다음의 일반식을 만족시키는 분배판(2)를 방사블럭(1)에 장착한 방사구금 장치를 제공한다.

H = KR^-0.35

(상기식에서, H는 분자판 홀의 높이, K는 분배판의 상수로서, 80≤K≤100 범위에 있으며, R은 분배판(2)의 중심에서 분배판 홀(8)의 중심까지의 거리로서, 0≤R≤80mm 범위에 있다.)

본 발명의 분배판(2)은, 방사원액을 구금에서 토출하여 방사할시, 동일 구금내에 있는 중심홀과 원주 부위에 있는 홀에서의 방사원액의 토출속도, 압력 및 점도가 균일하도록 조절하여 준다.

분배판(2)의 상수(K)가 80보다 작거나 100보다 크면 방사성이 불량하여 진다.

또한 분배판 홀(3)의 분배판(2)의 중심으로부터의 거리(R)가 80mm 보다 크면 방사성이 불량하여 진다.

본 발명은 또한 상기 분배판(2)를 방사블럭(1)에 장착한 방사구금 장치를 사용하여, 종래의 방법으로는 제조하기 어려웠던, 고유점도 5.0이상, 강도 20g/d이상, 초기 탄성율 600g/d이상의 우수한 물성을 갖는 전방향족 폴리아미드 필라멘트상 장섬유의 제조방법을 제공하려는 또 다른 목적을 갖는다.

상기의 또 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 전방향족 폴리아미드 폴리머를 농황산 용매에 용해시켜 액정성 광학성 비등방성 황산도포(방사원액)을 제조하고, 상기한 방사원액을 하기한 일반식(I)을 만족하도록 높이(H)와 거리(R)가 결정되어진 분배판 홀(3)을 갖는 분배판(2)이 포함하는 방사블럭(1)에 장착된 방사구금 장치의 분배판(2)를 거쳐 방사구금(4)를 통하여, 방사구금(4)의 중심부 방사구금홀(8) 및 원주부 방사구금(82)에서의 방사원액의 토출속도, 토출압력 및 점도가 균일하도록 방사시키고, 상기 방사된 방사원액을 공기층 및 응고욕조에서 응고시키고, 수세, 중화, 건조하는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전방향족 폴리아미드 필리멘트상 장섬유의 제조방법을 제공한다.

H = KR^-035---(I)

(상기식에서, H는 분자판 홀의 높이, K는 분배판의 상수로서, 80≤K≤100 범위에 있으며, R은 분배판의 중심에서 분배판 홀의 중심까지의 거리로서, 0≤R≤80mm 범위에 있다.)

상기의 전방향족 폴리아미드 폴리머는, 방향족 디아민과 방향족 디에시드 클로라이드를 등몰량 중합시키는 공지의 방법으로 제조되며, 본 발명의 목적에 부합되기 위하여, 고유점도 5 이상의 물성을 갖는 것이 바람직하다. 고유점도가 5 이하이면 방사원액에서 액정성의 발현이 불량하고 섬유의 물성이 저하되는 문제점이 있다.

방사원액에서의 전방향족 폴리아미드 고분자의 농도는, 12∽21중량% 범위에 있는 것이, 액정성을 발현할 수 있는 이방성 방사원액을 얻을 수 있고, 고강도 고탄성의 물성을 갖는 섬유를 제조할 수 있어 바람직하다.

액정상의 방사원액은 전단력하에서 난반사시키면 진주빛의 광택이 보여지며, 분자간의 결합 사슬은 각 방향족 고리에 대하여 동축 방향 또는 평행축 방향으로의 연신이 자유롭다.

본 발명에서, 방사의 목적으로 사용되는 광학 비등방성 황산도포(방사원액)을 제조하기 위한 용매는 96~100%의 농도를 갖는 진한 황산, 클로로 황산 또는 플루오로 황산 중에서 1종 이상 선택하여 사용한다.

상기 농황산 들의 농도가 96% 미만인 경우에는, 고분자의 용해성이 나쁘고, 이방성 용액의 액정성 발현이 곤란하여, 일정한 점도의 방사원액 제조가 어려워져, 공정의 관리 및 최종 섬유의 기계적 물성마저 하락된다. 반대로 농황산의 농도가 100%를 초과하는 경우에는, 과잉 아황산(SO₃)기를 함유하는 발연 황산이되어서 취급하기가 곤란할 뿐만 아니라, 고분자를 손상하여 방사하여 얻어진 섬유의 내부 구조가 치밀하지 않고, 외관상 광택이 없으며, 응고용액으로 확산되어지는 황산의 농도가 떨어져, 섬유의 기계적 물성이 저하되는 등의 문제점이 있어 바람직하다.

상기에서 제조되어진 방사원액으로부터, 본 발명에서 목적하는 고탄성 고강력 전방향족 폴리아미드 필라멘트상 섬유를 제조하는 공정을 도면에 따라 설명하면 다음과 같다.

제 1 도는 본 발명의 분배판(2)이 방사블럭(1)에 장착된 방사구금 장치의 개략도를 나타낸 것이다.

고유점도 5.0이상의 전방향족 폴리아미드 고분자를 96~100%의 농황산에 용해하여 제조한 방사원액을 방사블럭(1)내의 본 발명에 따른 분배판(2) 및 방사구금(4)를 통과시켜, 방사할때, 본 발명에 따른 분배판 홀(3)에서 분배되어지는 방사원액은, 토출속도, 압력 및 전도가 균일하게 조절되어 방사구금 홀(8)로 유도된다.

이때 조임기(5), 조립볼트(6), 가스켓(7)에 의하여 방사블럭내의 분배판(2) 및 구금(4)이 장착되며 방사원액이 외부로 유출되는 것이 방지되어진다.

구금에서 토출되어진 방사원액은 공기층 및 응고용액을 거쳐서 형태가 이루어져, 필라멘트사의 장섬유로 되며, 섬유에 존재하고 있는 용매를 수세하고 중화하고 건조하여 최종의 제품인 전방향족 폴리아미드 필라멘트상 장섬유로 제조된다.

제 1 도에 있어서, 분배판(2)의 상세한 구조가 제 2 도에 나타나 있다. 본 발명의 분배판(2)에 있어서, 분배판 홀(3)의 높이(H)와 분배판(2)의 중심으로부터 거리(R)은, 하기식 (I)을 만족시키도록 설계되어진다.

H = KR^-0.35---(I)

(상기식에서, K는 분배판의 상수로서, 80≤K≤100 범위에 있으며, R은 분배판의 중심에서 분배판 홀의 중심까지의 거리로서, 0≤R≤80mm 범위에 있다.)

상기식을 만족하는 분배판(2)는 방사용액조에서 공급되어지는 방사원액을 각각의 방사구금 홀(8)에 균일한 압력과, 속도 및 점도로 공급하여 준다. 이에 따라 고유점도 5이상의 전방향족 폴리아미드 폴리머를 농도 96∽100%의 농황산에 12∽21중량% 용해한 액정성의 광학 비등방성 황산 도프(방사원액)을 본 발명에 따른, 즉 H=KR^-0.35관계식을 만족하도록 높이와 거리가 결정되어지는 분배판 홀(3)으로 구성된 분배판(2)를 방사블럭(1)에 장착한 방사구금 장치에서 방사구금하게 될때, 방사구금의 중심부에 존재하는 방사구금 홀(8) 및 원주부에 존재하는 방사구금 홀에서의 방사원액의 토출속도, 압력, 점도가 균일하게 되어, 균일한 특성을 갖는 고유점도 5.0이상, 강도 20g/d이상, 돌기탄성율 600g/d이상의 고강도 고탄성의 폴리아미드 필라멘트상 장섬유를 얻을 수 있게 된다.

본 발명에 의하면 제조된 전방향족 폴리아미드 필라멘트상 장섬유는 고강도, 고탄성율, 고내마모성, 고내열성 및 전기 절연성이 요구되는 자동차, 우주항공 분야 뿐만 아니라 일반 산업 분야 및 건축자재 등 많은 분야에서 활용될 수 있다.

본 발명을 실시예에 따라 보다 상세히 설명하기로 한다. 그러나 다음의 실시예들은 본 발명을 보다쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐 본 말명이 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[방사원액의 조건에 따른 섬유의 물성 영향]

[실시예 1]

고유점도 7.0인 폴리(파라 페닐렌 테레프탈아미드) 고분자를 99%의 농황산에 90℃, 30분간 용해시켜 고분자 함량 19중량%의 광학적 비등방성 황산도프를 제조하였다. 상기 광학적 비등방성 황산 도프를, 분배판의 상수(K)가 95, 분배판 중심으로부터 분배판 홀까지의 거리(R)가 0~60mm이고, 분배판 홀의 높이(H)가, H=KR^-0.35의 관계식을 만족하도록, 형성되어 있는 분배판이 방사블럭에 장착된 방사구금 장치에서, 분배판 및 방사구금을 통과 토출시켰다.

구금에서 토출된 방사원액을 공기층 및 응고 용액을 거쳐서 수세, 중화 건조하여 필라멘트상의 장섬유를 얻었다.

[비교예 1]

상시 실시예 1에서, 폴리(파라 페닐렌 테레프탈아미드) 고분자로서 고유점도 5.0인 것을 사용하고, 방사용액중의 고분자 함량을 13중량%로 하고, 농황산의 농도를 95%로 한 것을 제외하고는, 실제적으로 실시예1과 동일하게 처리하여 필라멘트상 장섬유를 얻었다.

[비교예 2]

상시 실시예 1에서, 폴리(파라 페닐렌 테레프탈아미드) 고분자로서 고유점도 4.4인 것을 사용하고, 농황산의 농도를 101%로 한 것을 제외하고는, 실제적으로 실시예 1과 동일하게 처리하여 필라멘트상 장섬유를 얻었따.

[비교예 3]

상시 실시예 1에서, 폴리(파라 페닐렌 테레프탈아미드) 고분자로서 고유점도 7.5인 것을 사용하고, 방사용액중의 고분자 함량을 23중량%로 하고, 농황산의 농도를 100%로 한 것을 제외하고는, 실제적으로 실시예 1 과 동일하게 처리하여 필라멘트상 장섬유를 얻었다.

[비교예 4]

상시 실시예 1에서, 폴리(파라 페닐렌 테레프탈아미드) 고분자로서 고유점도 5.5인 것을 사용하고, 방사용액중의 고분자 함량을 9중량%로 하고, 농황산의 농도를 98로 한 것을 제외하고는, 실제적으로 실시예 1 과 동일하게 처리하여 필라멘트상 장섬유를 얻었다.

상기한 실시예 및 비교예 1~4에서 얻어진 필라멘트상 장섬유의 특성을 평가하여 그 결과를 (표 1)에 나타내었다.

[표 1]

방사원액의 조건에 따른 섬유의 물성 변화

상기한 (표 1)에서 알 수 있는 바와 같이 고분자의 고유점도가 7.0미만이거나, 고분자의 함량 및 농황산의 농도가 본 발명에서의 제한 범위를 벗어나면, 얻어진 필라멘트상 장섬유의 물성이 저하된다.

[분배판의 조건에 따른 섬유 특성]

[비교예 5]

실시예 1에서, 분배판을 사용하지 않는 것을 제외하고는 실제적으로 실시예 1과 동일하게 처리하여 필라멘트상 장섬유를 얻었다.

[비교예 6]

실시예 1에서, 분배판의 상수(K)를 75, 분배판 홀의 거리(R)을, 0~100mm로 한 것을 제외하고는, 실제적으로 실시예 1과 동일하게 처리하여 필라멘트상 장섬유를 얻었다.

[비교예 7]

실시예 1에서, 분배판의 상수(K)를 105, 분배판 홀 거리(R)을 0~50mm로 한 것을 제외하고는, 실제적으로 실시예 1과 동일하게 처리하여 필라멘트상 장섬유를 얻었다.

상기의 실시예 1과 비교예 5~7에서 얻어진 필라멘트상의 장섬유의 물성을 측정하여 그 결과를 (표 2)에 나타내었다.

[표 2]

분배판의 조건에 따른 섬유 물성

상기한 (표2)로 부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 장섬유는, 본 발명의 분배판을 상요하지 않고 제조된 장섬유보다 섬유강도, 탄성율, 방사성의 면에서 월등히 우수하다.

Claims (8)

1. 다음의 일반식(I)을 만족시키는 분배판(2)를 방사블럭(1)에 장착한 방사구금 장치.

   H = KR^-0.35

   (상기식에서, H는 분배판 홀의 높이, K는 분배판의 상수로서, 80≤K≤100 범위에 있으며, R은 분배판(2)의 중심에서 분배판 홀(8)의 중심까지의 거리로서, 0≤R≤80mm 범위에 있다.)
2. 전방향족 폴리아미드 폴리머를 농황산 용매에 용해시켜 액정성 광학적 비등방성 황산 도프(방사원액)을 제조하고, 상기한 방사원액을, 하기 한 일반식(I)을 만족하도록 높이(H)와 거리(R)가 결정되어진 분배판 홀(3)을 갖는 분배판(2)가 방사블럭(1)에 장착된 방사구금 장치의 분배판(2)를 거쳐 방사구금(4)를 통하여, 방사구금(4)의 중심부의 방사구금 홀(81) 및 원주부 방사구금(82)에서의 방사원액의 토출속도, 토출압력 및 점도가 균일하도록 방사시키고, 상기 방사된 방사원액을 공기층 및 응고욕조를 거쳐 수세, 건조하는 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전방향족 폴리아미드 필라멘트상 장섬유의 제조방법.

   H = KR^-0.35---(I)

   (상기식에서, H는 분배판 홀의 높이, K는 분배판의 상수로서, 80≤K≤100 범위에 있으며, R은 분배판(2)의 중심에서 분배판 홀(8)의 중심까지의 거리로서, 0≤R≤80mm 범위에 있다.)
3. 제 2 항에 있어서, 상기한 전방향족 폴리아미드 고분자는 고유점도 5이상인 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 3 항에 있어서, 상기한 방사원액에서의 전방향족 폴리아미드 고분자의 농도는 12~21중량%인 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 2 항에 있어서, 상기한 농황산은 황황산, 클로로 황산 또는 플로로황산으로 이루어진 군 중에서 1종류 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기한 농황산의 농도는 96~100%인 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 2 항 내지 제 6항중 어느 하나의 항에 의하여 제조되는 것을 특징으로 하는 전방향족 폴리아미드 필라멘트상 장섬유.
8. 제 7 항에 있어서, 상기한 섬유는 고유점도 5.0이상, 점도 20g/d이상, 초기탄성율 600g/d이상인 것을 특징으로 하는 전방향족 폴리아미드 필라멘트상 장섬유.