KR100910535B1 - 방향족 폴리아미드 중합체의 제조방법, 및 그를 이용한아라미드 섬유의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 중합용매를 제조하는 공정; 상기 중합용매에 방향족 디아민을 용해시켜 혼합용액을 제조하는 공정; 및 상기 혼합용액에 방향족 디에시드 할라이드를 첨가하여, 상기 방향족 디아민과 방향족 디에시드 할라이드를 중합시키는 공정을 포함하여 이루어지며, 이때, 상기 중합용매 내의 수분의 함량은 50 ppm이하인 것을 특징으로 하는 방향족 폴리아미드 중합체의 제조방법, 및 그 방법을 이용한 아라미드 섬유의 제조방법에 관한 것으로서,

본 발명에 따르면, 중합용매에 함유된 수분의 함량이 50 ppm이하가 되도록 함으로써, 중합공정을 통해 얻어지는 방향족 폴리아미드 중합체의 고유점도를 6.3이상으로 유지할 수 있고, 이를 통해 최종적으로 얻어지는 아라미드 섬유가 고강도 특성을 갖게 된다.

아라미드 섬유, 고유점도, 중합용매

Description

방향족 폴리아미드 중합체의 제조방법, 및 그를 이용한 아라미드 섬유의 제조방법{Method of making Aromatic Polyamide polymer, and Method of making Aramid Fiber using the same}

본 발명은 아라미드 섬유에 대한 것으로서, 보다 구체적으로는 방향족 폴리아미드 중합체의 고유점도를 증진시킴으로써 고강도 특성을 가지는 아라미드 섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 아라미드 섬유로 통칭되는 방향족 폴리아미드 섬유는, 방향족 디아민과 방향족 디에시드클로라이드를 N-메틸-2-피롤리돈을 포함하는 중합용매 중에서 중합시킴으로써 방향족 폴리아미드 중합체를 제조하는 공정, 상기 방향족 폴리아미드 중합체를 농황산 용매에 용해시켜 방사도프를 제조하는 공정, 및 상기 방사도프를 방사구금을 통해 방사한 후 방사물을 응고시켜 필라멘트를 제조하는 공정을 거쳐 제조된다.

아라미드 섬유는 벤젠 고리들이 아미드기(CONH)를 통해 직선적으로 연결된 구조를 갖는 파라계 아라미드 섬유와 그렇지 않은 메타계 아라미드 섬유를 포함한다. 파라계 아라미드 섬유는 고강도, 고탄성, 저수축 등의 우수한 특성을 가지고 있는데, 5mm 정도 굵기의 가느다란 실로 2톤의 자동차를 들어올릴 정도의 막강한 강도를 가지고 있어 방탄 용도로 사용될 뿐만 아니라, 우주항공 분야의 첨단 산업에서 다양한 용도로 사용되고 있다. 또한, 아라미드 섬유는 500℃이상에서 검게 탄화하므로 고내열성이 요구되는 분야에서도 각광을 받고 있다.

아라미드 섬유는 방향족 폴리아미드 중합체를 용매에 용해시킨 후 방사공정을 통해 제조하는데, 최종적으로 얻어지는 아라미드 섬유의 강도는 방향족 폴리아미드 중합체의 고유점도와 연관이 있다. 즉, 방향족 폴리아미드 중합체의 고유점도를 증가시킬 경우 아라미드 섬유의 강도가 증가하게 된다. 따라서 고강도 특성을 가지는 아라미드 섬유를 얻기 위해서는 방향족 폴리아미드 중합체의 고유점도를 증가시키기 위한 방안이 요구되고 있다.

본 발명은 상기 종래의 요구에 부응하기 위해 고안된 것으로서, 본 발명은 방향족 폴리아미드 중합체의 제조공정 중 중합용매의 제조공정을 제어함으로써 방향족 폴리아미드 중합체의 고유점도를 증진시킬 수 있고, 이를 통해 고강도 특성을 가지는 아라미드 섬유를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해서, 중합용매를 제조하는 공정; 상기 중합용매에 방향족 디아민을 용해시켜 혼합용액을 제조하는 공정; 및 상기 혼합용액에 방향족 디에시드 할라이드를 첨가하여, 상기 방향족 디아민과 방향족 디에시드 할라이드를 중합시키는 공정을 포함하여 이루어지며, 이때, 상기 중합용매 내의 수분의 함량은 50 ppm이하인 것을 특징으로 하는 방향족 폴리아미드 중합체의 제조방법을 제공한다.

본 발명은 또한 수분의 함량이 50 ppm이하인 중합용매 내에서 방향족 디아민과 방향족 디에시드 할라이드를 중합시켜 6.3이상의 고유점도(Inherent Viscosity:IV)를 가지는 방향족 폴리아미드 중합체를 제조하는 공정; 상기 방향족 폴리아미드 중합체를 용매에 용해시켜 방사도프를 제조하는 공정; 및 상기 방사도프를 방사하는 공정을 포함하여 이루어진 아라미드 섬유의 제조방법을 제공한다.

본 발명자는 고강도 특성을 가지는 아라미드 섬유를 얻기 위해서 방향족 폴 리아미드 중합체의 고유점도를 증진시키는 방안에 대해서 연구하던 중, 상기 방향족 폴리아미드 중합체를 제조하는데 사용되는 중합용매에 함유된 수분의 함량이 상기 방향족 폴리아미드 중합체의 고유점도에 막대한 영향을 미치는 것을 확인하여 본 발명을 완성하게 되었다.

보다 구체적으로 설명하면, 상기 방향족 폴리아미드 중합체는 중합용매 내에서 방향족 디아민과 방향족 디에시드 할라이드를 중합시켜 제조되며, 상기 중합용매로는 유기용매에 무기염을 첨가하여 사용한다. 이때, 상기 무기염은 유기용매에 잘 용해되지 않기 때문에, 무기염을 물에 완전히 용해시킨 후 유기용매에 첨가하고, 그 이후에 탈수공정을 통해 물을 제거하여 중합용매를 얻게 된다. 그러나, 탈수공정 이후에도 중합용매에 물이 잔존할 수 있고, 이와 같이 물이 잔존한 상태의 중합용매를 이용하여 방향족 폴리아미드 중합체를 제조하게 되는데, 그 경우에는 물이 방향족 폴리아미드 중합체의 원료물질인 방향족 디에시드 할라이드와 결합하여 방향족 디에시드 할라이드의 산화를 촉진하게 되고, 그로 말미암아 최종적으로 얻어지는 방향족 폴리아미드 중합체의 고유점도가 떨어지게 되는 것을 확인하였다.

따라서, 본 발명은 중합용매에 함유된 수분의 함량을 조절함으로써, 구체적으로는 중합용매에 함유된 수분의 함량이 50 ppm이하가 되도록 함으로써, 중합공정을 통해 얻어지는 방향족 폴리아미드 중합체의 고유점도를 6.3이상으로 유지할 수 있고, 이를 통해 최종적으로 얻어지는 아라미드 섬유가 고강도 특성을 갖도록 한 것이다. 한편, 중합용매에 함유된 수분의 함량이 적으면 적을수록 유리하지만, 아라미드 섬유의 고강도 특성과 더불어 대량생산체제하에서의 경제성면도 고려해야 하며, 이와 같은 점을 감안할 때 중합용매에 함유된 수분의 함량이 50 ppm이하일 경우에는, 과도한 탈수공정으로 인한 생산성 저하를 방지하면서도 얻어지는 아라미드 섬유가 방탄, 우주항공 등의 첨단분야에서 요구되는 강도특성을 충분히 구현할 수 있게 되는 것이다.

이상과 같은 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명은 중합용매에 함유된 수분의 함량이 50 ppm이하가 되도록 함으로써, 중합공정을 통해 얻어지는 방향족 폴리아미드 중합체의 고유점도를 6.3이상으로 유지할 수 있고, 이를 통해 최종적으로 얻어지는 아라미드 섬유가 고강도 특성을 갖게 된다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 구체적으로 설명하기로 한다.

1. 방향족 폴리아미드 중합체의 제조

1) 우선, 중합용매를 제조한다.

상기 중합용매는 유기용매에 무기염을 첨가하여 제조한다.

상기 유기용매로는 아미드계 유기용매, 우레아계 유기용매, 또는 이들의 혼합 유기용매를 이용할 수 있으며, 그 구체적인 예로는 N-메틸-2-피롤리돈(NMP), N, N‘-디메틸아세트아미드(DMAc), 헥사메틸포스포아미드(HMPA), N, N, N', N'-테트라메틸 우레아(TMU), N, N-디메틸포름아미드(DMF) 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다.

상기 무기염은 방향족 폴리아미드의 중합도를 증가시키기 위하여 첨가하는 것으로서, 그 구체적인 예로는 CaCl₂, LiCl, NaCl, KCl, LiBr 및 KBr 등과 같은 할로겐화 알칼리 금속염 또는 할로겐화 알칼리 토금속염을 들 수 있으며, 이들 무기염은 단독으로 또는 2종 이상의 혼합물의 형태로 첨가될 수 있다. 상기 무기염의 첨가양이 증가할수록 방향족 폴리아미드의 중합도는 증가되지만 상기 무기염이 과량으로 첨가되면 미처 용해되지 않는 무기염이 존재할 수 있기 때문에, 상기 무기염은 중합용매 전체량에 대해 10 중량% 이하의 범위인 것이 바람직하다.

상기 무기염은 유기용매에 대한 용해도가 좋지 않기 때문에 물을 첨가하여 무기염을 완전히 용해시키고, 이를 유기용매와 혼합한 후 탈수공정을 통해 물을 제거함으로써 최종적인 중합용매를 얻는다. 이때, 상기 탈수공정을 거쳐 얻어진 중합용매 내에 함유된 수분의 함량은 50 ppm 이하가 되도록 상기 탈수공정을 제어한다.

2) 다음, 상기 제조된 중합용매에 방향족 디아민을 용해시켜 혼합용액을 제조한다.

상기 방향족 디아민의 구체적인 예는 파라-페닐렌디아민, 4,4'-디아미노비페닐, 2,6-나프탈렌디아민, 1,5-나프탈렌디아민 또는 4,4'-디아미노벤즈아닐라이드를 들 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

3) 다음, 상기 혼합용액을 교반하면서 상기 혼합용액에 소정량의 방향족 디에시드 할라이드를 첨가하여 예비중합시킨다.

방향족 디아민과 방향족 디에시드 할라이드의 중합은 발열과 함께 빠른 속도로 반응이 진행하게 되는데, 이와 같이 중합속도가 빠르게 되면 최종적으로 얻어지는 중합체들 사이에서 중합도 차이가 커지는 문제가 발생한다. 보다 구체적으로 설명하면, 중합반응은 혼합용액 전체에서 동시에 진행하는 것이 아니기 때문에, 먼저 중합반응이 시작된 중합체는 빠르게 중합반응을 진행하여 긴 분자사슬을 형성하는 반면, 나중에 중합반응이 시작된 중합체는 먼저 중합반응이 시작된 중합체보다 짧은 분자사슬을 형성할 수밖에 없는데, 중합속도가 빠르게 되면 그 차이가 훨씬 커지게 된다. 이와 같이, 최종적으로 얻어지는 중합체들 사이에 중합도 차이가 커지게 되면 물성 편차 또한 커지게 되어 원하는 특성구현이 어렵게 된다.

따라서, 예비중합공정을 통해 일단 소정 길이의 분자사슬을 갖는 중합체를 미리 형성하고, 그 후에 중합공정을 수행함으로써 최종적으로 얻어지는 중합체들 사이의 중합도 차이를 최소화하는 것이다.

상기 방향족 디에시드 할라이드의 구체적인 예로는 테레프탈로일 디클로라이드, 4,4'-벤조일 디클로라이드, 2,6-나프탈렌디카복실산 디클로라이드 또는 1,5-나프탈렌디카복실산 디클로라이드를 들 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

4) 다음, 상기 예비중합공정을 완료한 후, 0 ~ 30℃ 상태에서 교반하면서 상기 혼합용액에 방향족 디에시드 할라이드의 잔량을 첨가하여 중합시킨다.

방향족 폴리아미드의 제조에서 방향족 디에시드 할라이드는 방향족 디아민과 1:1 몰비로 반응을 하기 때문에 방향족 디아민과 방향족 디에시드 할라이드는 동일 한 몰비로 첨가할 수 있다.

상기한 중합공정을 완료한 후 전체 중합용액 중에서 최종 중합체의 농도가 5 내지 20중량% 정도가 되도록 방향족 디아민과 디에시드 할라이드의 양을 조절하는 것이 바람직하다. 최종 중합체의 농도가 5중량% 미만이 되도록 방향족 디아민과 디에시드 할라이드를 첨가할 경우에는 중합속도가 저하되고 장시간 동안 반응을 시켜야 하기 때문에 경제성이 떨어지고, 중합체의 농도가 20중량%를 초과하도록 방향족 디아민과 디에시드 할라이드를 첨가할 경우에는 중합반응이 원활히 진행되지 못하여 중합체의 고유점도가 저하될 수 있기 때문이다.

중합공정에 의해 얻어지는 방향족 폴리아미드 중합체의 구체적인 예는, 폴리(파라페닐렌테레프탈아미드: PPD-T), 폴리(4,4'-벤즈아닐라이드 테레프탈아미드), 폴리(파라페닐렌-4,4'-비페닐렌-디카복실산 아미드) 또는 폴리(파라페닐렌-2,6-나프탈렌디카복실산 아미드)를 들 수 있고, 고유점도는 6.3이상이 된다.

5) 다음, 얻어진 방향족 폴리아미드 용액에 알칼리 화합물을 첨가하여 중합반응 중에 생성된 산을 중화시킨다.

중합 반응이 진행되면 염산과 같은 산이 생성되는데 이와 같은 산은 중합장치를 부식시키는 등의 문제를 야기하기 때문에, 중합 반응 동안 또는 중합 반응 후에 무기 알칼리 화합물 또는 유기 알칼리 화합물을 첨가하여 중합 반응시 생성된 산을 중화시키는 것이다.

이때, 중합반응을 거쳐 얻어진 방향족 폴리아미드는 빵가루와 같은 형태로 존재하기 때문에 상기 방향족 폴리아미드 용액의 유동성이 좋지 못하다. 따라서, 그 유동성 향상을 위해서 상기 방향족 폴리아미드 용액에 물을 첨가하여 슬러리로 만든 상태에서 이후 공정을 진행하는 것이 바람직하며, 이를 위해서 중화 공정시 방향족 폴리아미드 용액에 알칼리 화합물과 더불어 물을 첨가하여 중화공정을 진행할 수 있다.

상기 무기 알칼리 화합물는 NaOH, Li₂CO₃, CaCO₃, LiH, CaH₂, LiOH, Ca(OH)₂, Li₂O 또는 CaO의 알칼리 금속, 알칼리 토금속의 탄산염, 알칼리 토금속의 수소화물, 알칼리 토금속의 수산화물, 또는 알칼리 토금속의 산화물로 이루어지는 군에서 선택된다.

6) 다음, 중화공정을 완료하여 산이 제거된 방향족 폴리아미드 중합체를 분쇄한다.

후술하는 추출 공정시 중합체의 입자크기가 너무 크면 중합용매 추출공정에 많은 시간이 소요되며 중합용매 추출효율이 저하되기 때문에, 추출공정 전에 중합체의 입자크기를 작게 하기 위해서 분쇄공정을 수행하는 것이다.

7) 다음, 방향족 폴리아미드 중합체에 함유된 중합용매를 추출하여 중합체로부터 중합용매를 제거한다.

중합에 의해 얻어진 방향족 폴리아미드 중합체 내에는 중합 공정을 위해 사용한 중합용매가 함유되어 있기 때문에, 이와 같은 중합용매를 중합체로부터 추출해야 하며, 추출된 중합용매는 중합공정에 재사용하게 된다.

이와 같은 추출공정은 물을 이용하여 수행하는 것이 가장 효과적이고 경제적 이다. 추출공정은 배출구가 구비된 욕조에 필터를 설치하고 상기 필터 위에 중합체를 위치시킨 후 물을 부어, 중합체 내에 함유된 중합용매를 물과 함께 상기 배출구로 배출시키는 공정으로 이루어질 수 있다.

8) 다음, 상기 추출공정 후 잔류하는 물을 탈수하고, 그 후 건조 공정을 거쳐 방향족 폴리아미드 중합체 제조를 완성한다. 그 후, 방사공정을 위해서 크기별로 방향족 폴리아미드 중합체를 분류하는 분급공정을 수행할 수 있다.

상기 공정을 통해 얻어진 폴리아미드 중합체는 고유점도가 6.3이상이 된다.

2. 아라미드 섬유의 제조

1) 우선, 상기와 같은 방법에 의해 제조된 방향족 폴리아미드 중합체를 용매에 용해시켜 방사 도프(spinning dope)를 제조한다.

상기 용매는 97 내지 100%의 농도를 갖는 농황산 용매를 이용할 수 있으며, 농황산 대신에 클로로 황산이나 플루오로황산 등도 사용될 수 있다.

상기 방사도프 내의 중합체 농도는 10 내지 25 중량%인 것이 섬유 물성에 바람직하다. 폴리아미드 중합체 농도가 증가할수록 방사도프의 점도 역시 증가하지만 임계 농도(critical concentration point)를 넘어서면 방사도프의 점도가 급격하게 감소하게 되는데, 이때 방사도프는 고체상(solid phase)을 형성하지 않으면서 광학적 등방성(optically isotropic)에서 광학적 이방성(optically anisotropic)으로 변화한다. 이방성 방사도프는 구조적 및 기능적 특성으로 인해 별도의 연신(drawing) 공정 없이 고강도 아라미드 섬유의 제조할 수 있기 때문에, 방사도프 내의 폴리아미드 중합체 농도는 상기 임계 농도를 초과하는 것이 바람직하지만, 그 농도가 지나치게 클 경우 방사도프의 점도가 지나치게 낮아지는 문제점이 발생한다.

2) 다음, 상기 방사도프를 방사구금(spinneret)을 이용하여 방사(spinning)한 후 에어 갭(air gap)을 거쳐 응고조(coagulation bath) 내에서 응고시킴으로써 필라멘트(filament)를 형성한다.

상기 에어 갭은 주로 공기층이나 불활성 기체층도 사용될 수 있으며, 에어 갭의 길이는 0.1 내지 15 cm인 것이 제조되는 필라멘트의 물성 향상에 바람직하다.

상기 방사구금은 0.1 mm 이하의 직경을 갖는 다수의 모세관을 갖는다. 만약 방사구금에 형성된 모세관의 직경이 0.1 mm를 초과할 경우에는 생성되는 필라멘트의 분자 배향성이 나빠짐으로써 결과적으로 필라멘트의 강도가 낮아지는 결과를 야기하게 된다.

상기 응고조는 상기 방사구금의 하부에 위치하며 그 내부에 응고액이 저장되어 있고, 상기 응고조의 하부에는 응고튜브가 형성되어 있다. 따라서, 상기 방사구금의 모세관을 통과한 방사물은 하강하면서 에어 갭과 응고액을 순차적으로 거치면서 응고되어 필라멘트를 형성하며, 이 필라멘트는 상기 응고조 하부의 응고튜브를 통과하면서 배출된다. 필라멘트와 더불어 응고액도 상기 응고튜브를 통해 배출되기 때문에 그 배출액 만큼 응고조에 응고액을 지속적으로 공급하여 주어야 한다.

또한, 상기 응고튜브에는 분사 장치(jet device)가 형성되어 응고튜브를 통과하는 필라멘트에 응고액을 분사할 수 있다. 상기 분사 장치는 다수의 분사구(jet opening)를 구비하고 다수의 분사구에서 필라멘트를 향하여 응고액을 분사한다. 상 기 다수의 분사구는 응고액이 필라멘트에 대하여 완벽히 대칭으로 분사될 수 있도록 정렬되는 것이 바람직하다. 응고액의 분사 각도는 필라멘트의 축방향에 대하여 0 내지 85°가 바람직하며, 특히 상업적 생산 공정에 있어서는 20 내지 40°의 분사 각도가 적당하다.

상기 응고액은 물, 에틸렌 글리콜, 글리세롤, 알코올, 또는 이들의 혼합물에 황산이 첨가될 수 있으며, -20 내지 +90℃로 유지된다. 방사구금을 통과한 방사물이 응고액을 통과하게 되면 방사물 내의 황산이 제거되면서 필라멘트가 형성되는데, 황산이 방사물 표면으로부터 급격히 제거되면 그 내부에 함유된 황산이 미처 빠져나가기 전에 표면이 먼저 응고되어 필라멘트의 균일도가 떨어지는 문제가 발생할 수 있기 때문에, 이와 같은 문제를 해결하기 위해서 황산을 첨가하여 응고액을 형성하는 것이다.

3) 다음, 얻어진 필라멘트에 잔존하는 황산을 제거한다.

방사 도프의 제조에 황산 용액이 사용되기 때문에, 방사 공정에 의해 제조된 필라멘트에는 황산이 잔존할 수 있다.

필라멘트에 잔존하는 황산은 물, 또는 물과 알칼리 용액의 혼합용액을 이용한 수세공정을 통해 제거될 수 있다.

상기 수세 공정은 다단계로 수행할 수도 있는데, 예를 들면, 황산을 함유한 필라멘트를 0.3 내지 1.3%의 가성 수용액(aqueous caustic solution)으로 1차 수세를 하고, 이어서 0.01 내지 0.1%의 더 묽은 가성 수용액으로 2차 수세를 할 수 있다.

4) 다음, 필라멘트에 잔류하는 수분 함유량을 조절하기 위해서 건조공정을 수행한다.

건조공정은 가열된 건조 롤(drying roll)에 필라멘트가 닿는 시간을 조절하거나, 상기 건조 롤의 온도를 조절함으로써 필라멘트의 수분 함유량을 조절할 수 있다.

한편, 위와 같은 방사, 수세, 중화, 및 건조 공정 중에 상기 필라멘트에는 장력(tension)이 가해지게 되는데, 건조 공정 중에 필라멘트에 가하는 장력의 최적 크기는 전체 방사 조건에 의해 결정되기는 하지만 약 3.0 내지 7.0 gpd의 장력 하에서 필라멘트를 건조하는 것이 바람직하다. 건조시 장력이 3.0 gpd 미만일 경우에는 분자 배향도가 감소되어 궁극적으로 섬유의 강도가 저하된다. 반대로, 건조시 장력이 7.0 gpd를 초과할 경우 필라멘트가 절단될 우려가 있어 제조상의 어려움이 발생한다. 한편, 필라멘트에 가해지는 장력의 크기는 필라멘트를 이동시키는 롤의 표면 스피드를 적절히 제어함으로써 조절될 수 있다.

건조 롤은 소정의 수단에 의해 가열되며, 가열된 롤로부터 과도한 열이 방출되어 열손실이 발생하는 것을 방지하기 위하여 상기 건조 롤은 최소한 부분적으로 열 차단 수단에 의해 둘러싸이는 것이 바람직하다.

5) 다음, 건조가 완료된 필라멘트를 지관에 감는다. 방사권취속도는 600 내지 1,500 m/분일 수 있다. 얻어진 아라미드 섬유는 22g/d 내지 26g/d 범위의 강도를 가진다.

3. 실시예 및 비교예

1) 실시예 1

CaCl₂을 물에 용해시킨 후 N-메틸-2-피롤리돈(NMP)에 첨가하였고, 탈수공정을 거쳐 중합용매를 제조하였다. 여기서, 탈수공정 이후에 중합용매에 잔존하는 수분의 함량은 50 ppm이 되도록 하였다. 수분의 함량은 모델명이 787 KF Titrino인 칼 피셔 체적 적정기(Karl Ficsher Volumetric Titrator, 제조사 metrohm)를 이용하여 측정하였다.

그 후, 파라-페닐렌디아민을 상기 중합용매에 용해시켜 혼합용액을 제조하였다. 그 후, 상기 혼합용액을 교반하면서, 상기 혼합용액에 상기 파라-페닐렌디아민과 동일한 몰의 테레프탈로일 디클로라이드를 두 번에 나누어 첨가하여 폴리(파라페닐렌테레프탈아미드) 중합체를 생성시켰다. 그 후, 상기 중합체를 포함한 중합용액에 물과 NaOH를 첨가하여 산을 중화시켰다. 그 후, 중합체를 분쇄한 후, 물을 이용하여 방향족 폴리아미드 중합체에 함유된 중합용매를 추출하고, 탈수 및 건조 공정을 통해 최종적으로 방향족 폴리아미드 중합체를 얻었다.

그 후, 얻은 방향족 폴리아미드 중합체를 99%농황산에 용해시켜 방사도프를 준비하였다. 방사도프 내의 중합체 농도는 20중량%가 되도록 하였다. 그 후, 상기 방사도프를 방사구금을 통해 방사한 후, 7mm의 공기층을 통과시키고, 황산수용액이 담겨져 있는 응고조 및 상기 응고조 하부의 응고튜브를 통과시키면서 응고시켜 필라멘트를 제조하였다. 상기 응고튜브를 통과시키는 동안에는 분사 장치를 통해 필라멘트에 황산수용액을 분사하였다. 그 후, 필라멘트를 수세하여 잔존하는 황산을 제거하고, 건조시킨 후 권취하여 아라미드 섬유를 얻었다.

2) 실시예 2

전술한 실시예 1에서, 탈수공정 이후에 중합용매에 잔존하는 수분의 함량이 40 ppm이 되도록 한 것을 제외하고, 전술한 실시예1과 동일한 방법에 의해 아라미드 섬유를 얻었다.

3) 실시예 3

전술한 실시예 1에서, 탈수공정 이후에 중합용매에 잔존하는 수분의 함량이 30 ppm이 되도록 한 것을 제외하고, 전술한 실시예1과 동일한 방법에 의해 아라미드 섬유를 얻었다.

4) 비교예 1

전술한 실시예 1에서, 탈수공정 이후에 중합용매에 잔존하는 수분의 함량이 60 ppm이 되도록 한 것을 제외하고, 전술한 실시예 1과 동일한 방법에 의해 아라미드 섬유를 얻었다.

4. 실험예

1) 방향족 폴리아미드 중합체의 고유점도 측정

실시예 1 내지 실시예 3, 및 비교예 1에 따른 제조공정 중에 얻은 방향족 폴리아미드 중합체를 수득하여, 각각의 중합체에 대한 고유점도를 측정하였다.

구체적으로는, 실시예 1 내지 실시예 3, 및 비교예 1에 따른 각각의 중합체를 30℃에서 98% 황산에 용해시켜 각각의 중합체 용액을 준비하고, 준비한 각각의 중합체 용액을 7mL 취하여 모세관 점도계인 캐논 펜스키 점도계(Cannon Fenske Viscometer)에 주입한 후 30℃ 항온조에서 중합체 용액의 낙류 시간을 측정하였다. 또한, 98%황산을 7mL 취하여 모세관 점도계인 캐논 펜스키 점도계(Cannon Fenske Viscometer)에 주입한 후 30℃ 항온조에서 황산의 낙류 시간을 측정하였다.

측정한 값을 기초로 하여 하기 고유점도 식에 따라 실시예 1 내지 실시예 3, 및 비교예 1에 따른 각각의 중합체의 고유점도를 계산하였고, 그 결과는 하기 표 1과 같다.

고유점도 = ln (T/To) / C

[여기서, T는 중합체 용액의 낙류시간이고, To는 황산의 낙류시간이고, C는 중합체 용액(황산 100ml에 중합체 0.5g을 용해시킨 중합체 용액)의 농도이다]

표 1

구분	고유점도
실시예 1	6.3
실시예 2	6.6
실시예 3	6.8
비교예 1	5.6

2) 아라미드 섬유의 강도 측정

실시예 1 내지 실시예 3, 및 비교예 1에 따라 제조된 아라미드 섬유를 25cm로 잘라 각각의 샘플을 준비하였다. ASTM D-885 시험방법에 따라 강도를 측정하였는데, 구체적으로는 인스트론 시험기(Instron Engineering Corp, Canton, Mass)를 이용하여 인장속도 300mm/분에서 각각의 샘플이 파단될 때의 강력(g)을 측정하고 측정값을 샘플의 데니어(denier)로 나누어 강도(g/d)를 구하였다. 그 결과는 하기 표 2와 같다.

표 2

구분	강도(g/d)
실시예 1	22.5
실시예 2	23.2
실시예 3	25.7
비교예 1	20.2

Claims (6)

1. 무기염을 물에 용해시키고, 상기 무기염이 용해된 물을 유기용매와 혼합한 후, 이 혼합물을 탈수시켜 수분의 함량이 50 ppm이하인 중합용매를 제조하는 공정;

   상기 중합용매에 방향족 디아민을 용해시켜 혼합용액을 제조하는 공정; 및

   상기 혼합용액에 방향족 디에시드 할라이드를 첨가하여 상기 방향족 디아민과 방향족 디에시드 할라이드를 중합시키는 공정을 포함하여 이루어진, 6.3이상의 고유점도(Inherent Viscosity:IV)를 가지는 것을 특징으로 하는 방향족 폴리아미드 중합체의 제조방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 무기염을 물에 용해시키고, 상기 무기염이 용해된 물을 유기용매와 혼합한 후, 이 혼합물을 탈수시켜 수분의 함량이 50 ppm이하인 중합용매를 제조하는 공정;

   상기 중합용매에 방향족 디아민을 용해시켜 혼합용액을 제조하는 공정;

   상기 혼합용액에 방향족 디에시드 할라이드를 첨가하여 상기 방향족 디아민과 방향족 디에시드 할라이드를 중합시켜 6.3이상의 고유점도(Inherent Viscosity:IV)를 가지는 방향족 폴리아미드 중합체를 제조하는 공정;

   상기 방향족 폴리아미드 중합체를 용매에 용해시켜 방사도프를 제조하는 공정; 및

   상기 방사도프를 방사하는 공정을 포함하여 이루어진 아라미드 섬유의 제조방법.
5. 삭제
6. 제4항에 있어서,

   상기 아라미드 섬유는 22g/d 내지 26g/d의 강도를 가지는 것을 특징으로 하 는 아라미드 섬유의 제조방법.