KR101992447B1

KR101992447B1 - 원착 메타아라미드 편평형 섬유

Info

Publication number: KR101992447B1
Application number: KR1020180049069A
Authority: KR
Inventors: 장준형; 이현영
Original assignee: 주식회사 휴비스
Priority date: 2018-04-27
Filing date: 2018-04-27
Publication date: 2019-06-25

Abstract

본 발명은 메타-페닐렌 디아민(M-phenylene diamine, MPD)과 이소프탈로일클로라이드(Isophthaloyl chloride, IPC)로 중합된 메타아라미드를 이용하여 형성되는 메타아라미드 편평형 섬유로 안료가 섬유 중량의 1~15중량%함유되되, 상기 편평형 섬유는 하기 식(1)을 만족하는 방사구금으로 형성되는 원착 메타아라미드 편평형 섬유에 관한 것이다.
식(1) L>2s
L: 섬유 단면의 장축 길이
S: 섬유 단면의 장단 길이

Description

원착 메타아라미드 편평형 섬유{Dope dyed meta-aramid flat fiber}

본 발명은 원착 메타아라미드 편평형 섬유에 관한 것으로 메타아라미드 섬유의 적은 안료를 사용하고도 높은 발색 효과를 갖는 원착 메타아라미드 편평형 섬유에 관한 것이다.

1960년대 개발된 아라미드라는 방향족 폴리아미드는 지방족 폴리아미드인 나일론의 내열성을 개선시키기 위해 개발된 것으로 노멕스(Nomex), 케블라(Kevlar)와 같은 상품명으로 잘 알려져 있는 방향족 폴리아미드는 난연성 섬유직물, 타이어 코드 등의 섬유용도로 사용될 수 있는 뛰어난 내열성과 높은 인장강도를 갖는다.

일반적인 지방족 폴리아미드는 아미드기사이에 지방족 탄화수소가 결합되어 있는 합성수지이나, 아라미드(aramid)는 아미드기 사이에 벤젠기가 85%의 아미드 결합이 두 개의 방향족 고리에 결합되어 있는 합성수지를 말한다. 상기 지방족 폴리아미드의 지방족 탄화수소는 열을 가하면 쉽게 분자운동이 일어나는 데 반하여, 방향족 폴리아미드의 벤젠 환은 분자쇄가 강직하고 열을 가하여도 분자가 쉽게 움직이지 않으므로 열에 안정하고 탄성률이 높아 일반 지방족 폴리아미드와는 특성에 있어서 많은 차이를 나타낸다.

특히, 메타아라미드는 듀폰사에서 개발된 노멕스(Nomex), 데이진사에서 개발된 코넥스(Conex)가 대표적이다. 메타계 아라미드는 벤젠고리가 메타 위치에서 아미드기와 결합된 것으로 강도와 신도는 보통의 나일론과 비슷하나 열에 대한 안정성이 대단히 좋으며, 다른 내열용 소재에 비하여 가볍고 땀흡수도 어느정도 가능하므로 쾌적하다는 장점을 가지고 있어, 소방복, 경주용 자동차 운전자를 위한 유니폼, 우주 비행사 유니폼, 작업복 등의 내열용 의복 소재로 사용되며, 산업용으로는 고온용 필터등으로 쓰인다.

상기와 같은 메타 아라미드를 섬유로 다양한 분야에 활용하기 위해 타섬유와 혼합하는 방법이 제시되고 있으며, 그 일환으로 대한민국 공개특허 제1990-0010102호에서는 아라미드섬유 및 폴리벤지미다졸섬유로 구성된 그룹으로부터 선택한 내열성 섬유로 된 심사와, 상기 심사를 둘러싸서 피복시키고 있는 내한성 섬유로 된 심사의 내피복사 및, 상기 심사의 내피복사를 둘러싸서 피복시키고 있는 내한성 섬유로 된 외피복사로 구성되는 내화성 안전복 제조용 코어방적사를 제공하고 있으며, 대한민국 공개특허 제2008-0062319호에서는 아라미드 섬유, 폴리벤즈이미다졸 섬유 및 열안정화되고 산화된 폴리아크릴로니트릴 섬유로 구성된 섬유중에서 선택한 내열성 섬유로 된 심사와 이 심사를 둘러싸서 피복시키고 있는 고강도, 터치감, 치수안정성이 우수한 섬유로 된 피복사로 구성되는 안전복 제조용 코어방적사를 제시하고 있다.

상기와 같이 다양한 분야에서 사용되고 있으나, 메타아라미드 섬유는 염색성능이 떨어져 단독으로 사용되기 보다는 염색성이 우수한 다른 섬유와 같이 사용되는 경우가 많으며, 색상을 부여하기 위해서는 대한민국 등록특허 제1551432호 및 공개특허 제2013-0133348호에서와 같이 아라미드 중합체에 안료를 첨가하여 원착사로 제조하고 있다.

그러나, 상기와 같은 원착사로 제조되는 메타아라미드 섬유는 색상발현을 위해 많은 양의 안료가 첨가되어 메타아라미드 섬유의 강도 등의 물성을 저하시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같이 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로 메타아라미드 섬유의 단면 변화를 통해 첨가되는 안료의 양을 최소화하면서도 색상이 더욱 선명한 원착 메타아라미드 편평형 섬유를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 메타아라미드 섬유에 함유되는 안료의 양을 적게 하여 물성 저하가 적은 원착 메타아라미드 편평형 섬유를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 메타-페닐렌 디아민(M-phenylene diamine, MPD)과 이소프탈로일클로라이드(Isophthaloyl chloride, IPC)로 중합된 메타아라미드를 이용하여 형성되는 메타아라미드 편평형 섬유로 안료가 섬유 중량의 1~15중량%함유되되, 상기 편평형 섬유는 하기 식(1)을 만족하는 방사구금으로 형성되는 것을 특징으로 하는 원착 메타아라미드 편평형 섬유를 제공한다.

식(1) L>2s

L: 섬유 단면의 장축 길이

S: 섬유 단면의 장단 길이

또한, 상기 섬유 단면에 오목 홈이 2이상 형성되는 것을 특징으로 하는 원착 메타아라미드 편평형 섬유를 제공한다.

또한, 상기 섬유 단면은 땅콩 형태인 것을 특징으로 하는 원착 메타아라미드 편평형 섬유를 제공한다.

또한, 상기 안료는 섬유 중량의 3~10중량% 함유되는 것을 특징으로 하는 원착 메타아라미드 편평형 섬유를 제공한다.

또한, 상기 안료는 검은색 안료인 것을 특징으로 하는 원착 메타아라미드 편평형 섬유를 제공한다.

상기와 같이 본 발명은 원착 메타아라미드 편평형 섬유는 편평형 단면으로 형성되어 빛을 난반사시켜 메타아라미드 섬유에 함유되는 안료의 함유량이 적더라도 안료의 색상이 발현되는 효과가 있다.

또한, 적은 안료를 사용하여 안료로 인해 저하되는 메타아라미드 섬유의 물성을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 원착 메타아라미드 편평형 섬유를 형성하는 방사구금의 제1 실시예를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 원착 메타아라미드 편평형 섬유를 형성하는 방사구금의 제2 실시예를 나타낸 도면이다
도 3은 방사구금의 제1 실시예로 형성되는 섬유 단면을 나타내는 사진이다.
도 4는 방사구금의 제2 실시예로 형성되는 섬유 단면을 나타내는 사진이다.

이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하기로 한다. 우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호를 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다.

본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 '약', '실질적으로' 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.

도 1은 본 발명에 따른 원착 메타아라미드 편평형 섬유를 형성하는 방사구금의 제1 실시예를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 원착 메타아라미드 편평형 섬유를 형성하는 방사구금의 제2 실시예를 나타낸 도면이며, 도 3은 방사구금의 제1 실시예로 형성되는 섬유 단면을 나타내는 사진이고, 도 4는 방사구금의 제2 실시예로 형성되는 섬유 단면을 나타내는 사진이다.

본 발명은 메타-페닐렌 디아민(M-phenylene diamine, MPD)과 이소프탈로일클로라이드(Isophthaloyl chloride, IPC)로 중합된 메타아라미드를 이용하여 형성되는 메타아라미드 편평형 섬유로 안료가 섬유 중량의 1~15중량% 함유되어 있는 원착 메타아라미드 편평형 섬유에 관한 것입니다.

본 발명의 원착 메타아라미드 편평형 섬유는 빛의 난반사를 유도하기 위해 편평형 단면 형태로 제조되는 것으로 도 1, 도 2에서와 같이 본 발명의 편평형 섬유는 하기 식(1)을 만족하는 방사구금으로 형성된다.

식(1) L>2s

L: 섬유 단면의 장축 길이

S: 섬유 단면의 단축 길이

상기와 같이 식(1)을 만족하는 방사구금으로 형성되는 본 발명의 원착 메타아라미드 편평형 섬유는 빛의 난반사를 유도하여 안료의 색상을 더욱 선명하게 발현시킨다.

도 1은 원착 메타아라미드 편평형 섬유로 형성할 수 있는 방사구금의 제1 실시예로 식(1)과 같이 장축 길이(L)가 단축 길이(S)에 비해 2배이상인 것이 바람직하며 더욱 바람직하게는 3배정도 길이를 갖는 것이며, 4배보다는 적게 형성되는 것이다.

또한, 도 1과 같은 방사구금으로 형성될 경우 장축 방향의 양 끝단을 반원형태인 라운드 형태로 형성하여 난반사를 더욱 유도할 수 있을 것이다.

도 2는 원착 메타아라미드 편평형 섬유로 형성할 수 있는 방사구금의 제2 실시예로 섬유 단면에 오목 홈을 형성하여 빛의 난반사를 더욱 원활하게 유도할 수 있다. 상기 오목 홈을 형성할 경우에는 2이상 형성되는 것이 바람직할 것이다.

또한, 오목 홈을 형성할 경우에는 도 2의 방사구금과 같이 섬유 단면을 땅콩 형태로 형성하는 것이 바람직할 것이다.

상기 도 2의 땅콩형 방사구금으로 편평형 섬유를 형성할 경우에 단축 길이(S)와 오목 홈이 형성되는 홈 길이(s)의 단축 길이비(s/S)가 0.4~0.8인 것이 바람직할 것이다.

상기 단축 길이비(s/S)가 0.4 미만인 경우에는 제조공정성이 저하될 수 있으며, 0.8를 초과할 경우에는 방사공정 중에 스웰링(swelling) 현상으로 오목 홈의 형성되지 않을 수 있다.

상기 도 1, 2와 같은 방사구금으로 형성되는 본 발명에 따른 원착 메타아라미드 편평형 섬유는 빛의 난반사로 안료의 색상이 구현되는 것으로 안료가 섬유 중량의 3~10중량% 함유되어도 색도가 우수하다.

상기 안료는 어떠한 색이나 가능하나, 메타아라미드 섬유의 내광성을 향상시키고 자외선에 의한 갈변현상을 억제하기 위해 검은색 안료를 사용할 수 있을 것이다.

상기와 같은 본 발명에 따른 원착 메타아라미드 편평형 섬유는 메타-페닐렌 디아민(M-phenylene diamine, MPD)과 이소프탈로일클로라이드(Isophthaloyl chloride, IPC)을 중합하여 제조되는 메타아라미드를 극성 아미드계 용매에 녹여 메타아라미드 도프를 형성한 후에 안료를 첨가하고 도 1,2의 방사구금을 사용하여 습식방사하여 섬유화할 수 있을 것이다.

상기 메타아라미드 도프는 상기 극성 아미드계 용매에 5~30중량%의 메타아라미드가 함유되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 15~25중량%의 메타아라미드가 함유되는 것이다.

상기 극성 아미드계 용매는 디메틸아세트아미드(Dimethyl acetamide, DMAc), N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone, NMP), 디메틸포름아미드(Dimethyl formamide, DMF), 디메틸이미다졸리디논(Dimethyl imidazolidinone) 중 어느 하나의 화합물을 사용할 수 있으며, 가장 효과가 우수한 디메틸아세트아미드를 사용하는 것이 바람직할 것이다.

이하 본 발명에 따른 원착 메타아라미드 편평형 섬유를 제조하기 위한 방법의 실시예를 나타내지만, 본 발명이 실시예로 한정되는 것은 아니다.

실시예 1,2

메타-페닐렌 디아민(M-phenylene diamine, MPD)과 이소프탈로일클로라이드(Isophthaloyl chloride, IPC)로 중합된 메타아라미드를 용매인 디메틸아세트아미드에 녹여 메타아라미드 농도가 20중량%인 메타아라미드 도프(Dope)를 형성한 후 검은색 안료를 첨가하였다.

상기 안료가 첨가된 메타아라미드 도프를 디메틸아세트아미드와 물의 혼합물인 응고액 속에서 도 1의 방사구금(L=0.2㎜, S=0.06㎜)을 이용한 방사단계를 통해 본 발명의 원착 메타아라미드 편평형 섬유를 제조하였다.

실시예 1 및 실시예 2에 함유되는 안료의 양은 표 1에 나타내었다.

도 3은 실시예 1의 섬유 단면을 촬영한 사진이다.

실시예 3,4

실시예 1과 동일하게 제조하였으나, 방사구금을 도 2의 방사구금 (L=0.2㎜, S=0.07㎜, s=0.05㎜)을 사용하여 본 발명의 원착 메타아라미드 편평형 섬유를 제조하였다.

실시예 3 및 실시예 4에 함유되는 안료의 양은 표 1에 나타내었다.

도 4은 실시예 3의 섬유 단면을 촬영한 사진이다.

비교예 1 내지 3

실시예 1과 동일하게 실시하였으나, 일반적인 원형단면의 방사구금을 이용하여 메타아라미드 섬유를 제조하였다.

비교예 1 내지 3에 함유되는 안료의 양은 표 1에 나타내었다.

◈ 메타아라미드 섬유의 강도 및 백색도 측정

상기 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 메타아리미드 섬유의 백색도(Color L), 강도, 일광견뢰도를 측정하여 표 1에 나타내었다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4	비교예 1	비교예 2	비교예 3
단면형태	타원형	타원형	땅콩형	땅콩형	원형	원형	원형
안료함량 (%)	5	3	5	3	0	5	10
Color L	18.1	21.1	15.6	17.9	96.7	22.6	18.3
섬도 (De')	1.62	1.51	1.62	1.55	1.54	1.61	1.55
강도 (g/d)	4.67	5.01	4.71	4.9	5.12	4.67	4.32
일광견뢰도 (급)	4.5	4.5	4.5	4.5	4.5	4.5	4.5

Color L 값은 값이 낮을수록 짙은 검정색을 나타내는 것으로 표 1에서와 같이 실시예들은 동일 함량의 안료가 함유된 비교예들 보다 더 낮은 Color L 값을 갖는 것으로 실시예들의 색상이 비교예들 보다 안료의 색상 발현성이 높을 것을 알 수 있다.

특히, 도 2의 방사구금으로 형성되는 땅콩형 단면의 실시예 3,4는 도 1의 방사구금으로 형성되는 타원형 단면의 실시예 1,2보다 Color L 값이 낮은 것으로 오목 홈이 형성될 경우 빛의 난반사가 더욱 심해져 높은 발색효과를 갖는 것을 알 수 있다.

또한, 강도는 안료의 함량이 높아질수록 낮아지는 것으로 표 1에서와 같이 본 발명에 따른 원착 메타아라미드 편평형 섬유는 비교예들 보다 적은 안료를 사용하여 강도의 저하를 최소화하면서도 색상을 선명하게 구현한다고 할 수 있을 것이다.

Claims

메타-페닐렌 디아민(M-phenylene diamine, MPD)과 이소프탈로일클로라이드(Isophthaloyl chloride, IPC)로 중합된 메타아라미드를 이용하여 형성되는 메타아라미드 편평형 섬유로 안료가 섬유 중량의 1~15중량%함유되되,
상기 편평형 섬유는 하기 식(1)을 만족하는 방사구금으로 형성되고,
상기 섬유 단면에 오목 홈이 2이상 형성되어 Color L값이 안료의 동등함량대비 원형단면의 섬유보다 15%이상 저하되는 것을 특징으로 하는 원착 메타아라미드 편평형 섬유.
식(1) L>2s
L: 섬유 단면의 장축 길이
S: 섬유 단면의 단축 길이
삭제
제1항에 있어서,
상기 섬유 단면은 땅콩 형태인 것을 특징으로 하는 원착 메타아라미드 편평형 섬유.
제1항에 있어서,
상기 안료는 섬유 중량의 3~10중량% 함유되는 것을 특징으로 하는 원착 메타아라미드 편평형 섬유.
제1항에 있어서,
상기 안료는 검은색 안료인 것을 특징으로 하는 원착 메타아라미드 편평형 섬유.