폴리아미드계 섬유 (나이론6, 나이론66, 아라미드)

폴리아미드 섬유 : 나이론

 

; 나일론 6-폴리아미드(카프로락탐)
나일론 66-폴리아미드(폴리헥사메칠렌아디프아미드)

(1) 폴리아미드:주쇄를 이루는 구조단위가 아미드기에 의해 연결된 합성고분자

(2) 구조단위의 형태에 따른 구분:Nylon 혹은 Aramid
① 나일론:구조단위가 주로 지방족 단량체로 이루진 폴리아미드
② 아라미드:아미드기 중 85% 이상이 직접 방향족기와 연결된 폴리아미드

(3) 나일론의 구분
① mn:이염기카르복시산(dicarboxylic acid)+디아민(diamine)=아미드기 형성
디아민에 포함된 탄소 수:m,이염기산에 포함된 탄소 수:n
(예) 나일론 66:Hexamethylenediamine+아디프산
나일론 46:Tetra-methylenediamine+아디프산
②.m:아미드기는 아민기와 카르복시산기를 갖는 단량체에 포함된 탄소 수
(예) 나일론 6:ε-Aminocaproic acid or ε-Caprolactam을 중합

(4) 세계 최초로 상업화된 나일론 섬유:캐로더스(Carothers)가 개발한 나이론 66

(5) 최초의 특허 출원:1931년

(6) 폴리아미드의 용도 : 의류용, 타이어 코드, 카핏, 로프, 컴퓨터 리본, 낙하산, 플라스틱, 접착제 등


1.
나일론 6 섬유

  (1) 서론
 1) 정의:-카프로락탐(-caprolactam)으로 만들어진 선상 고분자
2) 화학식: H-[-NH(CH2)5CO-]-nOH
3) 발명:1932년 미국인 캐로더즈(Carothers)
4) 특성:강도,탄성 및 내마모성 큼,비중이 작고,흡습성 낮음,내화학 약품성 큼.

(2) 원료 : -카프로락탐
   ① 석유화학공업에서 얻어지는 B.T.X에서 기본원료가 공급
② 제조방법:직접산화법, 페놀법, PNC법, 니트로시클로헥산법, SNIA법, 락톤법 등
③ 외관:단량체-백색결정성 고체, 용융체-투명액체

(3) 제조공정

1) 중합

① 중합반응:카프로락탐은 물,아미노산,나이론염,산,염기 등 소량 첨가하여 200∼ 300℃로 가열하면
중합 이루짐(수분 없으면 가열해도 중합 않됨)
② 중합과정:SD,FD,BRT 제조(TiO₂첨가), 원착사 제조(내열성 안료 첨가)
배치식 중합법, 연속식 중합법이 있음.
③ 칩의 규격:수분률(0.08% 이하),칩의 크기(직경:1.5∼3㎜,길이:2∼4㎜),추출성분(0.5% 이하)

2) 방사:용융방사를 하면 섬유축 방향으로 분자가 규칙적으로 배열되지 않고,400∼500%의 신도를
갖는 미연신사가 됨

3) 연신 : 미연신사를 두 개의 선속도가 다른 롤러에 의하여 선속도의 비만큼(보통3∼5배) 연속적으로 작동시키면 연신 핀과 롤러 사이에서 연신이 일어남
①.냉연신:상온에서 연신,나이론은 유리전이온도가 낮아 냉연신이 가능
강도:4∼6g/d,신도:20∼35%,연신속도:300∼1000m/min.
②.열연신:가열하에서 연신,분자간의 결합력이 낮아져 연신이 용이하여 타 이어 코트나 어망 등의 고강력사를 제조,1단과 2단 연신법이 있음
강도:8.5g/d,신도:15∼20%

(4)섬유의 특성 및 용도

1)일반적인 성질

항 목

Staple fiber

Filement yarn

고강력 필라멘트사

강      도(g/d)

3

4.5

8.5

신        도(%)

40

∼35

∼20

건습 강도비(%)

83∼90

84∼92

84∼92

루우프강도(g/d)

7.0∼11.0

8.5∼11.5

10.7∼14.3

매듭 강도(g/d)

3.7∼5.5

4.3∼6.0

5.4∼6.5

초기탄성계수(kg/nm²)

20∼250

200∼450

280∼510

공 정 수 분 률

4.5%

– 물리적 특성

① 현미경에 의한 외관 :표면은 대단히 평활, 균일하며 glass棒에 유사함.
② 섬유장 : 필라멘트는 어떠한 길이로도 가능하며, 스테이플파이버로서도 생산되고 있음.
③ 색 : 오버 화이트
④ 광택 :강하고 고유한 광택을 지님. 광택의 정도는 필요에 따라서 조절할 수 있음.
⑤ 강력 : 극히 높으며 60,000∼108,000psi(4∼7g/d)
⑥ 탄성 : 대단히 높음.
⑦ 인장회복성 : 구김회복성이 대단히 우수함.
⑧ 흡습성 : 3.8%(21℃, 65% R.H) 습윤에 의해서 강력이 약간 저하함.
⑨ 내열성 : 높은 내열성을 가지며 250℃, 5시간의 가열에 의해서 황변함. 나일론布의 다림질 온도는
135℃로 충분함.
⑩ 가연성 : 서서히 융해하면 연소를 조장하지 않음.
⑪ 도전성 : 낮다. 着用中에 정전기를 발생함.
⑫ 비중 : 1.14 밀도는 낮음.

– 화학적 특성

① 산에 대한 作用 : 진한 强酸에 의해서 강력이 저하하며 5% 염산에서 저비하면 분해됨.
약산(묽은산)에 대해서는 저항성을 지님.
② 알칼리에 대한 作用 : 높은 저항성을 지님.
③ 유기산에 대한 作用 : 드라이크리닝用 용제 및 얼룩제거용 시약에 대하여 저항성을 가짐.
아세톤에서는 용해하지 않지만 濃개미산에 용해됨.
④ 표백제에 대한 作用 : 얼룩제거용 산화표백제 혹은 환원표백제에는 영향이 없지만 강한 산화표백제
에는 손상됨.
⑤ 곰팡이에 대한 作用 : 나일론은 완전한 저항성을 갖지만 수지가공제는 害를 받음
⑥ 蟲에 대한 作用 : 통상의 사용 조건하에서는 완전한 저항성을 가짐.
⑦ 일광,대기에 대한 作用 : 오래 지나면 강력이 저하한다. 브라이트나일론은 덜나일론絲 보다도
저항성이 큼.
⑧ 염색성 : 산성, 직접, 환원, 분산, 염기성염료 등이 사용됨.
2) 용도

①상업적으로 생산되는 유형

*광택:Semi-dull,Full-dull,Bright
*강도:보통사,강력사,고강력사
*신장도:보통사,저신장사,고신장도사
*단면형상:원형단면,이형단면,원착사
*기타:내열성,내후성,피로저항성,박테리아 저항성

②단섬유:면,양모,비스코스 레이온 등과 혼방 가능
③산업용 용도:타이어 코드,벨트,로프,어망,부직포,여과포,재봉사 타폴린 등

(5) 기타 나일론 n섬유

나일론 4, 7, 11(rilsan,helion,피마자유),12 등 ,


2. 나이론 66 섬유

(1) 서론

1) 발명:1938년 미국 뒤퐁(Dupont)의 시험 생산이 시초
1939년 정식으로 상업 생산 시작
1940년 나일론 스타킹이 최초의 제품

2) 세계 및 지역별 나일론섬유 생산량(단위:1,000톤)

국가 종류 1986 1987 1998 1990 1995(예상)
전체 나일론 6 2,135 2,213 2,259 2,318 2,426
나일론 66 1,365 1,445 1,500 1,561 1,636
합계 3,500 3,658 3,759 3,879 4,062
미국 나일론 6 410 430 430 435 445
나일론 66 730 800 810 815 830
소계 1,140 1,230 1,240 1,250 1,275
유럽 나일론 6 894 919 924 943 974
나일론 66 392 390 403 423 445
소계 1,286 1,299 1,327 1,366 1,419
일본 나일론 6 229 223 220 215 210
나일론 66 50 52 53 54 55
소계 279 275 273 269 265
한국 나일론 6 143 160 170 185 210
나일론 66 0.2 9.6
소계 143 160 170 185.2 219.6

3) 시장 점유율;나일론 66:나일론 6=40%:60%
4) 한국:(주)동양나이론:1987년 최초 생산되어 현재 년간 1800톤의 중합체 생산
(주)코오롱:1991년 생산 시작하여 현재 년간 2300톤의 중합체 생산

(2) 나일론 66 섬유의 제조

1) 중합체의 제조

*헥사메틸렌디아민+아디프산=나일론 66염(AH salt)을 만드는 단계
*나일론 66염을 축중합시켜 중합체를 만드는 방법

①원료
*헥사메틸렌디아민:부타디엔법, 아크릴로니트릴법,아디프산법
*아디프산:시클로헥산법,페놀법
*나일론 66 염:용매로서 알코올을 사용 하는 법, 물을 사용 하는 법

②중합:헥사메틸렌디아민과 아디프산을 고온에서 반응시켜 물을 제거하여 중합체를 얻는 방법

2) 섬유의 제조

*용융방사의 제사공정:건조⇒방사⇒연신 및 열고정
*Spin-draw machine:방사와 연신을 한단계에서 실시

①. 건조
*열가소성 중합체 칩의 건조 방법:연속식(관리용이)과 배치식(나일론 66)
*칩의 수분율:의류용(0.08∼0.1%),산자용(0.05∼0.08%),보통(0.3∼0.35%)
*회전식 진공 건조기:질소 소량 순환,산소 유입 억제,본체온도(110∼130℃)

②. 방사
*건조된칩⇒압출기⇒용융⇒방사블록⇒여과⇒방사구금(spinneret)⇒섬유상방출⇒고화⇒권취

③. 연신 및 열고정

*UDY(undrawn yarn) 방식에 의해 제조된 섬유는 결정 배향성이 없어 연신 공정을 통해 배향되어
원하는 물성을 가짐
*연신실:온도(24℃ 이하),상대습도(65% 이하)
*디스크 방식:나일론 66 가연사 제조,기타:핀,벨트 가연방식
디스크 선속도(700∼850 m/min),연신비(1.3∼1.5),가열판의 온도(200∼240℃)

(3)섬유의 용도

1) 의류용:

① 나일론 6의 용도와 같고,융점이 나일론 6 보다 높으므로 고온에서 열 처리가 가능하여 열고정이
우수함
② 가연사의 경우 신축성이 높아 여성용 스타킹 제조 유리

2) 산업용

① 200d 이하:컴퓨터 리본,재봉사,낙하산 등
② 200∼800d:가방,고무보강용,자동차 에어백 등
③ 800d 이상:타이어 코드,카핏용(BCF와 단섬유) 등
④ 기타:범포(tarpauline),로프,실내장식재 등
(4) 기타 나일론 mn섬유

1) 제조공정

①m,n의 변화에 따라 아미드기 사이의 수소결합 밀도가 변함
②(m+n)이 커질수록:아미드시 사이의 거리가 멀어지므로 융점은 떨어짐
③(m+n)이 같은 경우:m,n의 조합이 짝수-짝수,짝수-홀수,홀수-짝수일때가 홀수-홀수 일때보다
융점이 높음

2) 나일론 mn의 상업 생산

①나일론 46:융점 290℃ 이상으로 내열성이 우수함
②나일론 610
③나일론 612


※ Nylon 6 의 제조 공정

※ Nylon 6·6 의 제조 공정


3. 방향족 폴리아미드(Aromatic Polyamide) 섬유

(1) 서론

1) 정의:방향족 고리들이 아미드결합(-CONH-)에 의해 연결된,즉 두 개의 방향 족 고리 사이에 직접
붙은 아미드결합이 85% 이상인 합성고분자를 말한다
2) 지방족 폴리아미드 섬유와 구분하여 아라미드(aramid) 섬유라 하며 내열성과 고강도 섬유이다
3) 1960년대 미국 뒤퐁사가 개발하여 내열성 및 난연성 섬유로 특징지어지는 노멕스(nomex)라는
상품명의 아라미드 섬유를 처음으로 시판하였다
4) 일본 데이진(Teijin)사가 코넥스(conex)라는 상품명으로 시판하고 있다
5) 국내의 경우 코오롱이 기술개발을 완료하고 상업화를 준비하고 있다
6) 1970년대 뒤퐁사가 고강도 섬유인 케블라(kevlar)를 개발하여 시판하였다

(2)제조공정

1) 중합체의 제조

①화학반응:방향족 디아민(diamine)+방향족 이염기산 클로리드(diacid chloride) 를 축합중합하여
방향족 폴리아미드가 생성된다
②중합방법

*계면축합중합:서로 섞이지 않는 두 개의 용제를 선택하여 피반응물인 두개의 단량체를 각각 이들
용제에 용해시켜 혼합하여 두 개의 용액들간에 형성 된 계면에서 축합중합을
일으키는 중합법이다
*용액축합중합:피반응물인 단량체를 유기용매에 용해시켜서 용매내에서 축합 중합을 일으키는
중합법이다
*직접축합중합:이염기산을 활성화 촉매와 함께 바로 사용하여 축합중합을 일으키는 중합법이다
*저온축합중합:방향족 이염기산 클로리드와 방향족 디아민이 반응매체를 통 하여 낮은 온도에서
빠르게 축합중합을 일으키는 중합법이다
③중합체 제조에 미치는 인자:농도,용매

2) 방사

① 용융온도가 분해온도보다 높기 때문에 용융방사가 불가능하며 중합체를 적 절한 용매에 녹인
용액을 방사원액으로 사용하는 용액방사를 한다
② 방법

*습식방사:응고욕은 물 또는 수용액을 사용하고 비용매인 응고액에 의하여 방사구로부터 사출된
방사원액에서 용매가 추출되고 섬유로 응고된다
*건식방사:비교적 비점이 낮은 방사용매를 사용하여 방사원액을 사출 후 뜨거운 공기로 건조시켜서 섬유로 고화된다
*액정방사:고분자쇄가 거의 평행으로 배열된 액정상의 이방성 용액으로 방사 하면 열연신의
후처리를 하지 않아도 고탄성률, 고배향을 갖는 방사법이다

 

(3) 섬유의 특성 및 용도

1) 섬유의 특성

– 물리적 특성

① 현미경에 의한 외관 : 나이론과 상당히 흡사함.
② 섬유장 : 필라멘트, 스테이플, 토우(Tow)
③ 색 : 브리치트 화이트(Bleached white)
④ 광택 : 여러종류임
⑤ 강력 : 높고 濕潤時의 强力은 乾燥時 强力의 75%
⑥ 탄성 : 높음
⑦ 원상회복성 : 우수함.
⑧ 흡습성 : 낮음.
⑨ 내열성 : 乾熱에 영향을 받지 않음.
⑩ 가연성 : 防炎性이 높다. 溶融해도 滴下 하지않는다. 370℃이상에서 分解함.
⑪ 도전성 : 우수함.
⑫ 비중 : 1.38

– 화학적 특성

① 산에 대한 作用 : 나이론보다도 우수하지만 폴리에스테르, 아크릴만큼은 되지 못함.
② 알칼리에 대한 作用 : 우수한 抵抗性을 가지며, 강알칼리에서는 溫度가 上昇하면 分解함.
③ 유기용제에 대한 作用 : 抵抗性을 가짐.
④ 표백제에 대한 作用 : 鹽素系, 酸素系, 표백제에 대해서 抵抗性을 가짐.
⑤ 곰팡이에 대한 作用 : 抵抗性을 가짐.
⑥ 蟲에 대한 作用 : 抵抗性을 가짐.
⑦ 일광, 대기에 대한 作用 : 太陽 및 紫外線의 光源 에 의한 直射光은 피하는 쪽이 좋음.
⑧ 염색 : 캐티온 染料를 이용한다. 그밖의 染料는 아라미드 섬유와 親和性을 갖지 못함.

2) 섬유의 용도

분 야

용 도

고무
보강제

자동차,석유화학

타이어, 벨트, 고압내열 호스

일반산업자재
보온단열자제
전기절연

로프,케이블
코트,방적사
직물,펠트,쉬트
범포(帆布)
필터

행커 로프, 안테나 지지선, 요트 로프
봉제사,낚시줄,테니스 라켓줄, 히타선 코드,
광섬유 장력선내열펠트,커텐,절연재료
막구조체,요트돛,항공기쉬트,키핏
내열필터,내산필터,여과용부직포,집진필터

방호의

방탄의
안전복

방탄복,재켓,헬멧, 소방복,내화내열 작업복,
안전장갑,방전의류

석면대체

마찰재
가스켓
팩킹

브레이크패드,클러치페이싱
엔진 가스켓,고압내열 가스켓
그랜드 팩킹

시멘트
보강재

건축재
토목재

바닥재,칸막이,천정재,인조대리석
파이프,철근대체재

플라스틱
보강재

FRP(열경화성)
FRTP(열가소성)

항공기부품,스포츠용품,산업기기부품,
압력용기사무용부품,
전자기기부품,케이스,윤활유 부품재

(출처:텍스토피아)

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