일반기술

무방사 아크릴 단섬유

본 발명은 아크릴로니트릴 중합체(이하 PAN으로 양칭함)를 사용하여 일반적인 방사 공정없이 고도 분자 배향의 섬유구조를 형성시키는 신규 섬유 제조방법 및 이 방법에 의하여 제조된 고배향의 신규 펄프상 단섬유에 관한 것이다.아크릴 섬유는 의류용으로서 뿐만 아니라 최근에 들어서는 석면 대체 섬유, 보온 내열 섬유, 시멘트 보강 섬유 등의 산업용 소재로서도 각광을 받고 있다. 그러나, 이러한 산업용 소재로 사용되기 위해서는 반드시 단섬유 형태로 제조되어야만한다. 지금까지는 용매를 사용한 용액 방사 및 연신 공정을 통하여 장섬유를 제조하고, 이를 절단하여 스테이플(staple)형태의 단섬유를 얻어왔다. 이와 같은 종래의 단섬유 제조방법에 있어서는 용매 사용에 따르는 용매 추출, 회수 정제, 공해 방지 등의 복잡한 공정이 필수적이며, 경제적 부담이 크고, 공해 문제가 유발되는 단점이 있다. 또한, 스테이플 형태의 단섬유로는 상기 산업용 소재에서 요구되는 보강, 보온, 결착 등의 특성을 모두 만족시키기에 적합하지 않다. 본 발명은 이러한 종래의 아크릴 단섬유에서의 단점을 제거하고, 석면 대체 섬유, 보온 내열 섬유, 시멘트 보강 섬유 등의 산업용 소재로서 적합할 뿐만 아니라 종이 제조용 펄프로서도 아주 적합한 신규 펄프상 아크릴 단섬유에 관한 것이다.종래의 아크릴 섬유의 제조에 있어서, 미세공을 통한 필라멘트 방사 및 고배율의 연신 공정없이는 분자 배향을 갖는 섬유를 얻을 수 없었다. 더욱이, 분자 배향을 이룬 펄프용 섬유의 제조에 있어서는 PAN을 용매에 녹이는 원액 제조, 방사, 고화, 용매 제거 및 회수, 연신, 절단 피브릴화 등 여러 공정을 통한 복잡한 방법에 의해서만이 제조가 가능하였다. 그러나, 본 발명은 종래의 많은 단계의 공정을 생략하고 기존의 방사 공정을 전혀 거치지 않고, PAN에 공융체(共融體)로서 소량의 물만을 혼합하여 용융 압출하는 획기적인 단순 공정을 통하여 제조된 고도 분자 배향의 섬유 구조를 갖는 신규 펄프상단섬유에 관한 것이다.주지하는 바와 같이 PAN은 주쇄의 유연성과 함께 측쇄 니트릴기의 강한 극성으로 인하여 분자쇄들이 불규칙한 나선형으로틀어져서 뭉쳐진 입자 모양을 하고 있는 것으로 알려져 있다.(F.G Frushour등, Han dbook of Fiber Science andTechnology, Vol. IV Fiber Chemistry, 171-370, M. Lewin 및 E.M.Pearce 편집, Marcel Dekker, Inc.,1985). 이러한 중합물에 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 디메틸술폭사이드, 또는 NaSCN 수용액, ZnCl2 수용액, HNO3 수용액 등의 강극성 용매가 가해지면 니트릴기들이 상온에서도 용매와 친화 결착되면서 서로 분리되어 유동성 용액이 된다. 이 용액을방사구의 미세공을 통해 사출하고 용매를 제거하면 PAN은 섬유 모양을 이루면서 고화되지만, 고화물 내부의 분자쇄들은원래대로 무배향의 뭉치를 이루면서 서로 결착된 상태가 된다. 따라서 방사 직후의 필라멘트는 섬유의 모양을 갖추고 있으나 내부 분자쇄들이 전혀 배향을 이루고 있지 않기 때문에 용매를 제거한 후 이것을 건조시키면 방사된 섬유 모양내의PAN 분자쇄들은 다시 뭉쳐져서 결국 분말 상태로 되고 만다. 그러므로, 분자 구성면에 있어서 완전한 섬유 구조를 갖기위해서는 분자쇄들이 섬유축과 나란히 배열되도록 5배 내지 30배 이상의 고배율로 필라멘트를 연신하지 않으면 안된다.이때, 무배향으로 뭉쳐져 있던 PAN 분자쇄들이 풀려서 길게 뻗어지면서 서로 평행 배열하여 직쇄 결정영역(extendedchain crystal region)을 갖는 섬유를 형성하는 것이다. 이와 같이 종래의 섬유 제조 공정에 있어서는 연신 공정이 필수불가결한 핵심 공정이므로, 이 공정을 통해서만이 대부분의 분자쇄들이 섬유축과 나란히 배향되는 실질적인 섬유 구조를형성시킬 수 있는 것이다. 본 발명은 이상의 기본적인 섬유 형성 원리와 전혀 다른 새로운 방식에 의해서 섬유를 형성시키는 방법에 의해 제조된 섬유에 관한 있는 것이다.본 발명에서는 PAN/H2O 융용체를 만들 때 종래의 기술에서는 전혀 예측하지 못하였던 액정과 유사한 특성의 분자질서를 갖는 용융 준결정상을 형성시키므로써, 이 용융 준결정상을 이용하여 기존의 방법과는 획기적으로 다른 새로운 방식으로 지금까지 제조된 적이 없었던 신규 섬유를 제조하게 된 것이다. 용융 준결전상을 사용하면 단면적이 큰 압출구를통해 테이프상으로 압출될 때 작은 지향성 전단력으로도 쉽게 PAN 분자쇄들을 배향시킬 수 있기 때문에 방사 및 연신없이도 고연신 섬유보다 월등히 우수한 분자배향을 갖는 섬유를 제조할 수 있다.