KR960000787B1 - 용융-방사 공정 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

용융-방사 공정
본 발명은 용융 방사에 의해 열가소성 중합체 섬유를 생산하기 위한 방법 및 그렇게 방사된 섬유를 포함하는 타이어에 관한 것이다.
용융-방사된 열가소성 섬유는 차(車) 타이어를 제조하는데 적용될 수 있고 오늘날 엄청난 양이 그러한 타이어 시장에서 소비된다. 상기에 적용되는 대부분의 중합체는 폴리아미드 및 폴리에스테르이며, 그외에 폴리프로필렌 섬유가 또한 사용될 수 있다. 그러나, 탄성 중합체 량에 비해 많은 양의 섬유가 타이어 당 사용된다. 이는 전술한 중합체 성질들의 균형 때문이며 상기 균형은 주로 인장 강도, 굴곡-탄성율 및 고무에 대한 접착성의 조합에 의해 좌우된다. 상기를 고려할 때 타이어 품질에 나쁜 영향을 끼치고 대부분의 시장용품에 대해 부적합한 타이어를 생산하게 되는 요인을 제거하지 않고는 타이어 당 섬유량을 감소시키는 것이 불가능하다. 겔-방사된 고분자량 폴리에틸렌 또는 폴리아르아미드(상표 KEVLAR 또는 TWARON으로 구입가능함)와 같은 기타 열가소성 섬유가 이러한 점에서 아주 적합하긴 하지만, 너무 비싼 탓에 이들을 타이어 제조 산업에 사용할 수 없다.
출원인들은 열가소성 중합체의 다른 형태, 즉, 올레핀형 불포화 탄화수소와 일산화탄소의 교호 공중합체가 타이어 제조에 사용되는 섬유의 상대적 중량을 감소시키는 문제를 해결할 수 있는 가능성을 가지고 있음을 발견하였다.
폴리아미드, 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌에 비해, 전술한 교호 공중합체 유형으로 만든 용융-방사된 섬유는 용융-방사 및 섬유의 신장(伸張)을 특정 임계 온도 조건에서 수행할 때 조합된 인장 강도, 굴곡-탄성율 및 고무에 대한 접착성의 개선된 균형을 보여준다.
본 발명은 2000 이상의 평균 분자량을 갖는, 올레핀형 불포화 화합물과 일산화탄소의 교호 공중합체를 적어도(T+20)K(T는 중합체의 결정 융점임)의 온도에서 용융-방사시키고 이어서 섬유를 (T-10)K 이하의 온도에서 신장시키는 것을 특징으로 하는, 열가소성 중합체 섬유를 생상하는 방법에 관한 것이다.
바람직하게, 신장은 3 : 1 이상, 더 바람직하게는 7 : 1 내지 15 : 1의 신장율로 수행한다. 바람직한 신장온도는 중합체의 결정 융점 이하 40K 이상이고 바람직한 용융-방사 온도는 중합체의 결정 융점 이상 40K이상이다.
본 명세서에 사용된 용어 “섬유”는 섬유 이외에 단일- 및 다중 필라멘트(multifilaments)를 포함한다. 용어 “교호” 공중합체란 거대 분자 내 CO-단위체가 올레핀에서 유도된 단위치에 대해서 번갈아 배열된 공중합체를 일컫는다. 따라서, 거대 분자 사슬에서, 각각이 CO-단위체는 올레핀의 단일 단위체, 예컨대 에틸렌 다음에 위치한다. 공중합체는 일산화탄소와 하나의 특정 올레핀, 바람직하게 에틸렌의 공중합체일 수 있고, 또는 일산화탄소와 하나 이상의 올레핀, 예컨대 에틸렌 및 프로필렌의 공중합체들 일 수 있다. 후자의 경우 에틸렌이 주요 올레핀으로서 사용되는 것이 바람직하다. 적절한 교호 공중합체들은 예컨대 EP-A-121965, EP-A-213671, EP-A-229408 및 US-A-3914391에 공지되어 있으며, 촉매 공중합에 의한 이들의 제조 방법도 마찬가지로 이들 참고 문헌에 공지되어 있다. 적합한 중합 촉매제는 팔라듐/포스핀 시스템을 기초로 한다. 자유 라디칼 촉매제를 사용하여 생산되며 교호 구조가 나타나지 않는 다른 공지된 에틸렌/CO 공중합체의 사용은 본 발명에서 고려되지 않는다.
통상적으로 공중합체는 1000-500,000의 분자량을 갖는다.
바람직하게 공중합체는 5000 이상, 더 바람직하게는 8000 이상의 평균분자량을 가져야만 한다. 특히 분자량 10,000-50,000의 공중합체로 좋은 결과가 얻어진다.
중합체가 공중합체이건 삼원공중합체이건 간에, “폴리케톤” 중합체의 물리적 성질은 부분적으로 중합체의 분자량에 좌우되고 삼원공중합체의 경우에는 존재하는 제2탄화수소의 상대적 비율에 좌우될 것이다.
상기 중합체에 대한 전형적인 융점은 약 175℃-약 300℃, 더 전형적으로는 180℃-280℃이다.
신규 섬유에 유용한 중합체는 중합체를 60℃의 메타크레졸에 용해하고 Cannon-Ubbelohde 점도계와 같은 표준 모세관 점도 측정 장치를 사용하는 방법으로 측정할 때 한계 점도수(limiting Viscosity numbers)(LVN), 0.5 내지 10LVN, 더 바람직하게는 0.8 내지 4LVN, 가장 바람직하게는 0.8 내지 2.5LVN을 갖는다.
섬유의 신장 및 용융-방사는 현재 시중에서 구입 가능한 장치로 수행할 수 있다.
본 발명의 공정으로 생산된 섬유는 폴리아미드, 폴리에스테르 또는 폴리프로필렌으로부터 생산된 섬유에 비해 상당히 개선된 ITS·IM 생성물을 형성한다. 상기 생성물에서 ITS는 인장 강도의 개선 계수를 나타내고 IM은 탄성율의 개선 계수를 나타낸다. 비교는 각종 열가소성 수지의 전형적인 섬유 등급에 대해 동일신장율을 사용하여 수행한다. 신장되지 않은, 종래의 압축성형된 시험 검본으로 결정된 동일 성질에 대한 개선을 기록한다.
본 발명의 공정에 사용되는데 특히 적합한 열가소성 중합체는 에틸렌과 일산화탄소의 공중합체, 및 에틸렌, 프로필렌 및 일산화탄소의 삼원공중합체로서 중합체 사슬내 에틸렌 : 프로필렌 몰비가 적어도 3 : 1인 것이다. 다른 적합한 삼원공중합체는 에틸렌과 일산화탄소와 부텐, 펜텐, 헥센, 헵텐, 옥텐, 노넨, 데센, 도데센, 스티렌, 메틸 아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 비닐아세테이트, 운데센산, 운데세놀, 6-클로로헥센, N-비닐피롤리돈 및 비닐-프로폰산의 디에틸에스테르의 삼원공중합체이며, 단, 중합체 거대 분자 내 에틸렌 : 다른 불포화 단량체의 몰비는 3 : 1 이상, 바람직하게는 8 : 1 이상이다.
본 발명에 따른 섬유는 또한 중합체 매트를 제조하는데 아주 적합하다. 상기 매트, 특히 방사-결합된 직조되지 않은 매트는 예를들면 변형된 역청으로부터 제조된 로울드 루우핑(rolled roofing) 막중 보강층으로서 사용될 수 있다. 상기 루우핑 막은, 섬유가 역청에 더 잘 접착되고 더 높은 기계적 강도를 보여주기 때문에 공지된 폴리에스테르-보강 루우핑 보다 우수하다. 이들 매트가 특히 직물 또는 메쉬내로 직조될 경우, 다른 유용한 적용은 이른바 지오텍스타일(geotextile) 즉, 특히 도로, 배수구, 강둑, 해안선, 제방등과 같은 토목 공학에서 특히 축조 물질로서 사용하기 위해 고안된 투과성 합성막을 제조할 때이다. 적합하게 uv-안정제를 포함하는, 본 발명에 따른 섬유로부터 만들어진 지오텍스타일은 요구되는 인장 강도, E-탄성율, 투수성(透水性) 및 지면 견고성(soil tightness)을 갖는 것으로 나타난다.
[실시예 1]
최근 통용되는 상업적 섬유 등급의 나일론-6(N-6), 폴리프로필렌(PP)과 섬유 등급의 일산화탄소, 에틸렌, 및 8몰%(에틸렌 기준) 프로필렌 에틸렌(CE)의 교호 공중합체를 용융 방사하여 비교 시험들을 수행했다. 폴리아미드는 10,000-25,000의 분자량을 가지고, 폴리프로필렌 등급은 20d/g분의 용융 지수를 가지며 공중합체는 10,000-25,000의 분자량과 493K의 결정 융점을 가졌다.
종래의 압축 성형 시험 검본을 사용하여 공칭 인장 강도 및 굴곡 탄성율을 측정하고 섬유를 용융-방사시키고 6 : 1 비율로 신장시켰다. 교호 공중합체에 대한 신장 온도는 480K이고 용융 방사 온도는 560K였다.
시험 결과가 하기표에 나타나 있다.
[표 1]
Figure kpo00001
스티렌-부타디엔 탄성 중합체에 대한 섬유의 접착성은 타이어 제조 산업에서 통용되는 시험 방법으로 측정했다. 결과는 상대적 등급으로 나타내었다 : +(양호함), ++(매우 양호함), +++(우수함).
[실시예 2]
실시예 1에서 사용된 것과 같은 뱃치의 일산화탄소, 에틸렌 및 프로필렌 공중합체를 다-구멍 방사노즐을 통해, 515-560K의 온도 범위에서 용융-방사시키고 30±0.5℃에서 주입공기로 퀀칭시키고, 5 내지 10배 신장시켰다.
그렇게 얻어진 다중-필라멘트를 실이 되도록 가볍게 꼬은 후, 2 또는 3가닥의 실을 코드(cord)가 되게 꼬았다. 이 코드들을 직물로 직조하고, 접착제에 침지시켰다. 직물들을 사후 신장시키고 단련시킨 후, 얻어진 직물 코드는 타이어 코드로 사용하기에 적합한 우수한 접착성, 인장 및 굴곡성을 보였다.

Claims (10)

  1. 2000 이상의 분자량을 갖는 올레핀형 불포화 화합물과 일산화탄소의 교호 공중합체를 (T+20)K(T는 중합체의 결정 융점임) 이상의 온도에서 용융-방사시키고 이어서 섬유를 (T-10)K 이하의 온도에서 신장시키는 것을 특징으로 하는, 용융-방사에 의해 열가소성 중합체 섬유를 생산하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 용융-방사 온도가 (T-49)K 이상인 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 신장(伸張) 온도가 (T-25)K 이하인 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 신장율이 3 : 1 이상인 방법.
  5. 제4항에 있어서, 신장율이 7 : 1 이상인 방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 중합체의 분자량이 5000 이상인 방법.
  7. 제6항에 있어서, 중합체의 분자량이 8000 이상인 방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 공중합체가 에틸렌/CO 공중합체인 방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 공중합체가 에틸렌에대해 25몰% 이하의 프로필렌을 포함하는 에틸렌/프로필렌/CO 삼원공중합체인 방법.
  10. 제1항 내지 제9항중 어느 하나항에서 청구된 방법으로 생산되는 것을 특징으로 하는 섬유를 포함하는 타이어.
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