ES2275649T3 - Procedimiento para producir una fibra de poliamida completamente aromatica de tipo meta. - Google Patents
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Abstract
Un proceso para producir filamentos de poliamida totalmente aromática del tipo meta, que comprende las etapas de preparar una solución del polímero disolviendo en un disolvente consistente en una amida una poliamida totalmente aromática del tipo meta que comprende, como unidades repetitivas principales, unidades de metafenilendiaminoisoftalamida, someter la solución del polímero a un procedimiento de hilado en húmedo para formar filamentos no estirados, estirar los filamentos no estirados, lavar con agua los filamentos estirados resultantes y tratar térmicamente los filamentos lavados, caracterizado porque: (1) en la etapa de hilado en húmedo, la solución del polímero se extrude formando corrientes filamentosas en un baño de coagulación que comprende un disolvente que contiene una amida en una concentración de 40 a 70% en peso y tiene una temperatura de 30 a 90ºC, agua y 0 a 10% en peso de sales, basado en el peso del líquido de coagulación, a través de orificios de hilado de una hilera, para coagular las corrientes filamentosas de la solución del polímero en el baño de coagulación y formar filamentos porosos coagulados no estirados que tienen una densidad aparente controlada de 0, 3 a 1, 0 g/cm3, y (2) en la etapa de estirado, los filamentos porosos coagulados no estirados se estiran en un baño plastificante de estirado que comprende una solución acuosa de un disolvente consistente en una amida a una concentración de 20 a 70% en peso y tiene una temperatura de 20 a 90ºC.
Description
Procedimiento para producir una fibra de
poliamida completamente aromática de tipo meta.
La presente invención se refiere a un proceso
para producir con alta productividad filamentos de poliamidas
totalmente aromáticas del tipo meta que comprenden, como unidades
repetitivas principales, unidades de metafenilendiaminoisoftalamida
y tienen buenas propiedades mecánicas y de resistencia al calor, y a
filamentos de poliamidas totalmente aromáticas producidas por este
proceso.
Es bien conocido que las poliamidas totalmente
aromáticas producidas policondensando diaminas aromáticas con
dicloruros de ácidos dicarboxílicos aromáticos exhiben resistencia
al calor y retardación de la llama excelentes. También es conocido
que las poliamidas totalmente aromáticas antes mencionadas son
solubles en disolventes consistentes en una amida y que, a partir
de la solución del polímero disuelto en el disolvente, se pueden
producir filamentos por un método de hilado en seco, hilado en
húmedo o hilado en semiseco-semihúmedo.
Entre las poliamidas totalmente aromáticas antes
mencionadas, se usan poliamidas totalmente aromáticas del tipo
meta, que en lo sucesivo se denominarán metaaramidas, un ejemplo
representativo de las cuales es
poli(metafenilenisoftalamida), para producir filamentos que
son útiles como filamentos resistentes al calor y retardadores de
llama. Es conocido que los filamentos resistentes al calor y
retardadores de llama antes mencionados de metaaramidas se producen
industrialmente por los métodos (a) y (b) indicados a
continuación.
(a) Método en el que se prepara una solución de
poli(metafenilenisoftalamida) sometiendo metafenilendiamina
y cloruro del ácido isoftálico a un procedimiento de polimerización
en solución a baja temperatura en
N,N-dimetilacetamida; el ácido clorhídrico
contenido como subproducto en la solución resultante del polímero se
neutraliza con hidróxido cálcico y la solución del polímero que
contiene el cloruro cálcico producido se somete a un procedimiento
de hilado en seco para producir filamentos de
poli(metafenilendiaminoisoftalamida) (publicación de la
Patente Japonesa examinada número 35-14.399 y
Patente de los Estados Unidos número 3.063.966).
(b) Método en el que un sistema de reacción de
polimerización preparado policondensando una sal de
metafenilendiamina y cloruro del ácido isoftálico se pone en
contacto y se mezcla con un sistema líquido acuoso que comprende un
disolvente orgánico que no sea un buen disolvente de la poliamida
deseada (por ejemplo, tetrahidrofurano), un aceptor inorgánico de
ácidos y una sal neutra soluble en agua, para producir partículas de
poli(metafenilenisoftalamida) (publicación de la Patente
Japonesa examinada número 47-10.863); las partículas
del polímero se separan del sistema de la mezcla; las partículas
del polímero separadas se disuelven en un disolvente consistente en
una amida; y la solución resultante del polímero se somete a un
procedimiento de hilado en húmedo en un baño acuoso de coagulación
que contiene una sal inorgánica (publicación de la Patente Japonesa
examinada número 48-17.551).
Además de los métodos (a) y (b) antes
mencionados, se han propuesto los siguientes métodos (c) a (f) como
métodos para producir filamentos de metaaramida:
(c) Método en el que una solución de una
metaaramida preparada disolviendo una metaaramida producida por un
método de polimerización en solución en un disolvente consistente en
una amida y que no contiene sales inorgánicas o que contiene una
pequeña cantidad (2 a 3%) de cloruro de litio se somete a un
procedimiento de conformado en húmedo para producir artículos
conformados, por ejemplo, filamentos (publicación de la Patente
Japonesa examinada número 50-52.167).
(d) Método en el que una solución de metaaramida
producida mediante polimerización en solución en un disolvente
consistente en una amida se neutraliza con hidróxido cálcico u óxido
cálcico; la solución resultante de metaaramida que contiene cloruro
cálcico y agua se extrude en una atmósfera gaseosa a través de
orificios; las corrientes filamentosas extrudidas de solución del
polímero se pasan a través de una atmósfera gaseosa y se introducen
en un baño acuoso de coagulación para coagular las corrientes de
solución del polímero y formar filamentos sólidos; y los productos
filamentosos coagulados se pasan a través de una solución de una sal
inorgánica, por ejemplo, cloruro cálcico, para producir filamentos
de metaaramida (publicación de la Patente Japonesa no examinada
número 56-31.009).
(e) Método en el que una solución de metaaramida
producida por polimerización en solución en un disolvente
consistente en una amida se neutraliza con hidróxido cálcico u óxido
cálcico; la solución resultante del polímero de metaaramida se
somete a un procedimiento de hilado en húmedo, a través de orificios
de hilado, en un baño acuoso de coagulación que contiene cloruro
cálcico a una concentración elevada, para formar filamentos
(publicaciones de las Patentes Japonesas no examinadas números
8-074.121 y 10-88.421).
(f) Método en el que una solución de una
metaaramida que contiene una sal inorgánica se extrude para formar
corrientes filamentosas en una chimenea de hilado que tiene una
temperatura elevada; inmediatamente después de retirar de la
chimenea de hilado los filamentos de metaaramida resultantes, los
filamentos se enfrían con una solución acuosa a baja temperatura
con lo que los filamentos se hinchan con agua; los filamentos de
metaaramida hinchados con agua se estiran en un baño acuoso de
estirado que contiene una sal capaz de plastificar los filamentos
con lo que se producen filamentos porosos fácilmente teñibles que
tienen una pluralidad de poros muy finos y exhiben una densidad
aparente de 1,3 o menos (publicación de la Patente Japonesa
examinada número 52-43.930).
El método (a) antes mencionado tiene la ventaja
de que se puede preparar una solución de polímero (una solución de
material para un procedimiento de hilado) sin aislar del sistema de
polimerización el polímero pero tiene el inconveniente de que,
debido a que se emplea un procedimiento de hilado en seco que usa
como disolvente una amida que tiene un punto de ebullición alto,
los costes de producción son altos y la estabilidad del
procedimiento de hilado disminuye significativamente al
incrementarse el número de orificios de hilado por hilera. También,
cuando la solución del polímero se hila en húmedo en un baño acuoso
de coagulación, sólo se pueden obtener filamentos que son opacos y
tienen una resistencia mecánica baja. Por lo tanto, hay muchas
dificultades en el método en el que una solución del polímero de
metaaramida obtenida por la polimerización en solución se somete a
un procedimiento de hilado en húmedo usando un baño acuoso de
coagulación y, por lo tanto, este método de hilado en húmedo
todavía no ha sido utilizado en la industria.
Por otro lado, en los métodos (b) y (c), aunque
se pueden evitar los problemas existentes en el método (a), los
filamentos resultantes no son satisfactorios en cuanto a densidad
estructural de los filamentos.
También, en el método (d), en el procedimiento
de hilado en el que la solución del polímero se extrude a través de
una hilera en el aire, la estabilidad del procedimiento de hilado
disminuye significativamente al incrementarse el número de
orificios por hilera y, por lo tanto, este método tiene
productividad y eficiencia bajas.
Además, en el método (e) existe el problema de
que, aunque los filamentos resultantes exhiben buenas propiedades,
es difícil realizar el método (e) a una velocidad de hilado alta y,
por lo tanto, la productividad del método (e) es baja.
El método (f) se utiliza para producir
filamentos porosos que tienen una densidad aparente
significativamente menor que 1,3. Sin embargo, el método (f) es una
variación del método de hilado en seco y, por lo tanto, tiene los
mismos problemas que el método de hilado en seco.
Los filamentos de metaaramida se pueden usar
para materiales electrónicos en los que se utilizan las excelentes
propiedades aislantes y de resistencia al calor de los filamentos.
En este caso, para emplear los filamentos para materiales
electrónicos, la contaminación de sustancias iónicas en los
filamentos debe ser la menor posible y, si fuera posible,
preferiblemente los filamentos no deben contener sustancias iónicas
inorgánicas. Sin embargo, en los procesos de producción
convencionales es inevitable que, en los procedimientos de formación
de filamentos, la solución del polímero y el baño de coagulación
contengan sales, por ejemplo, cloruro cálcico o cloruro de litio,
que tienen mucha afinidad para impurificar el polímero y son
fácilmente solubles en el polímero a una concentración alta. Por lo
tanto, existe el problema de que no se puede evitar la contaminación
de los filamentos resultantes con una cantidad grande de sales.
Para eliminar de los filamentos las sales se debe aplicar a los
filamentos un procedimiento de lavado a gran escala
con agua e, incluso aunque se aplique este lavado, es muy difícil eliminar completamente de los filamentos las sales.
con agua e, incluso aunque se aplique este lavado, es muy difícil eliminar completamente de los filamentos las sales.
En consecuencia, se necesita desarrollar un
nuevo proceso capaz de producir, con alta productividad, filamentos
de metaaramida que tengan propiedades satisfactorias en la práctica
y, si fuera necesario, que no contengan sales.
El objeto principal de la presente invención es
proporcionar un nuevo proceso para producir, con alta productividad
y ventaja industrial, filamentos de metaaramida que exhiben
excelentes propiedades mecánicas y térmicas, tienen una estructura
densa y opcionalmente no contienen sales, y filamentos densos de
metaaramida producidos por el proceso.
El proceso de la presente invención para
producir filamentos de poliamida totalmente aromática del tipo meta
comprende las etapas de preparar una solución del polímero
disolviendo en un disolvente consistente en una amida una poliamida
totalmente aromática del tipo meta que comprende, como unidades
repetitivas principales, unidades de
metafenilendiaminoisoftalamida, someter la solución del polímero a
un procedimiento de hilado en húmedo para formar filamentos no
estirados, estirar los filamentos no estirados, lavar con agua los
filamentos estirados resultantes y tratar térmicamente los
filamentos lavados,
caracterizado porque:
(1) en la etapa de hilado en húmedo, la solución
del polímero se extrude formando corrientes filamentosas en un baño
de coagulación que comprende un disolvente que contiene una amida a
una concentración de 40 a 70% en peso y tiene una temperatura de 30
a 90ºC, agua y 0 a 10% en peso de sales basado en el peso del
líquido de coagulación, a través de orificios de hilado de una
hilera, para coagular las corrientes filamentosas de la solución
del polímero en el baño de coagulación y formar filamentos porosos
coagulados no estirados que tienen una densidad aparente controlada
de 0,3 a 1,0 g/cm^{3}, y
(2) en la etapa de estirado, los filamentos
porosos coagulados no estirados se estiran en un baño plastificante
de estirado que comprende una solución acuosa de un disolvente
consistente en una amida a una concentración de 20 a 70% en peso y
tiene una temperatura de 20 a 90ºC.
En el proceso de la presente invención para
producir filamentos de poliamida totalmente aromática del tipo
meta, la poliamida totalmente aromática del tipo meta contiene las
unidades repetitivas de metafenilendiaminoisoftalamida en una
cantidad molar de 90 a 100% molar, basado en la cantidad molar total
de todas las unidades repetitivas.
En el proceso de la presente invención para
producir filamentos de poliamida totalmente aromática del tipo
meta, preferiblemente el baño de coagulación usado en la etapa de
hilado en húmedo contiene el disolvente consistente en una amida y
agua en una relación ponderal dentro del intervalo de 40/60 a
70/30.
En la etapa de estirado del proceso de la
presente invención para producir filamentos de poliamida totalmente
aromática del tipo meta, preferiblemente los filamentos porosos
coagulados no estirados se estiran a una relación de estirado de
1,5 a 10.
En la etapa de tratamiento térmico del proceso
de la presente invención para producir filamentos de poliamida
totalmente aromática del tipo meta, preferiblemente los filamentos
estirados y lavados con agua se estiran adicionalmente a una
temperatura en el intervalo de 270 a 400ºC y a una relación de
estirado en el intervalo de 0,7 a 3,0.
En el proceso de la presente invención para
producir filamentos de poliamida totalmente aromática del tipo
meta, preferiblemente el disolvente consistente en una amida
contenido en la solución del polímero y el disolvente consistente
en una amida contenido en el baño de coagulación comprenden,
respectiva e independientemente uno del otro, un miembro
seleccionado del grupo formado por
N-metil-2-pirrolidona,
dimetilacetamida, dimetilformamida y dimetilimidazolinona.
En el proceso de la presente invención para
producir filamentos de poliamida totalmente aromática del tipo
meta, preferiblemente los filamentos tratados térmicamente tienen
una densidad aparente de 1,2 g/cm^{3} o más.
En el proceso de la presente invención para
producir filamentos de poliamida totalmente aromática del tipo
meta, preferiblemente el contenido total de sustancias iónicas
inorgánicas contenidas en la solución del polímero para la etapa de
hilado en húmedo se controla a 0,1% en peso o menos.
En el proceso de la presente invención para
producir filamentos de poliamida totalmente aromática del tipo
meta, la solución del polímero para la etapa de hilado en húmedo se
puede preparar policondensando una diamina aromática con un cloruro
de ácido dicarboxílico aromático y neutralizando con un compuesto
básico de calcio el cloruro de hidrógeno producido como subproducto
y puede comprender la poliamida totalmente aromática del tipo meta,
cloruro cálcico y agua.
El proceso de la presente invención comprende
las etapas de preparar una solución del polímero disolviendo en un
disolvente consistente en una amida una poliamida totalmente
aromática del tipo meta que comprende, como unidades repetitivas
principales, unidades de metafenilendiaminoisoftalamida, someter la
solución del polímero a un procedimiento de hilado en húmedo para
formar filamentos no estirados, estirar los filamentos no
estirados, lavar con agua los filamentos estirados resultantes y
tratar térmicamente los filamentos lavados con agua.
La poliamida totalmente aromática del tipo meta
utilizable en el proceso de la presente invención es una que
contiene, como unidades repetitivas principales, unidades de
metafenilendiaminoisoftalamida. No hay limitación alguna en cuanto
al proceso para producir la poliamida totalmente aromática del tipo
meta. La poliamida se produce, por ejemplo, empleando como
materiales principales de partida una diamina aromática del tipo
meta y un cloruro de ácido dicarboxílico aromático y por una
polimerización en solución o una polimerización interfacial de
estos.
La diamina aromática del tipo meta utilizable
para la producción de la poliamida totalmente aromática del tipo
meta utilizable para la presente invención se selecciona
preferiblemente de diaminas representadas por la siguiente fórmula
(I):
En la fórmula (I) anterior, R representa un
átomo halógeno (por ejemplo, un átomo de cloro o bromo) o un grupo
alquilo que tiene 1 a 3 átomos de carbono (por ejemplo, un grupo
metilo o etilo) y n representa un número entero de 0 ó 1.
Las diaminas del tipo meta de fórmula (I) se
seleccionan preferiblemente de metafenilendiamina,
tolueno-2,4-diamina,
tolueno-2,6-diamina,
2,4-diaminoclorobenceno y
2,6-diaminoclorobenceno. En la presente invención se
pueden usar otras diaminas aromáticas del tipo meta, por ejemplo,
3,4-diaminodifeniléter y
3,4-diaminodifenil-sulfona.
La diamina aromática del tipo meta utilizable
para la presente invención consiste en metafenilendiamina o una
mezcla de diaminas que comprende, como ingrediente principal,
metafenilendiamina. Las otras diaminas aromáticas utilizables junto
con la metafenilendiamina en la mezcla de diaminas incluyen las
diaminas aromáticas del tipo meta de fórmula (I) (excepto
metafenilendiamina); derivados del benceno, por ejemplo,
parafenilendiamina, 2,5-diaminoclorobenceno,
2,5-diaminobromobenceno y aminoanisidina; y
1,5-paranaftilendiamina,
4,4'-diaminodifeniléter,
4,4'-diaminodifenilcetona,
bis(aminofenil)fenilamina y
bis(paraaminofenil)metano.
Cuando se desee que el polímero usado en la
presente invención tenga una solubilidad alta, preferiblemente la
cantidad de la diamina aromática distinta de la metafenilendiamina
es aproximadamente 20% molar o menos de la cantidad molar total de
todas las diaminas aromáticas. También, cuando se desee que el
polímero tenga un cristalinidad alta, el contenido de
metafenilendiamina en la mezcla de diaminas aromáticas es
preferiblemente 90% molar o más, preferiblemente 95% molar o más,
basado en la cantidad molar total de todas las diaminas
aromáticas.
Por otro lado, el cloruro de ácido dicarboxílico
aromático utilizable para la producción de la poliamida totalmente
aromática del tipo meta de acuerdo con el proceso de la presente
invención comprende preferiblemente cloruro del ácido isoftálico o
una mezcla de cloruros de ácidos dicarboxílicos aromáticos que
contiene, como ingrediente principal, cloruro del ácido
isoftálico.
En el cloruro de ácido dicarboxílico aromático,
otros cloruros de ácidos dicarboxílicos aromáticos utilizables
junto con el cloruro del ácido isoftálico en la mezcla de cloruros
de ácidos dicarboxílicos aromáticos se seleccionan preferiblemente,
por ejemplo, de cloruro del ácido tereftálico, cloruro del ácido
naftaleno-1,4-dicarboxílico,
cloruro del ácido
naftaleno-2,6-dicarboxílico, cloruro
del ácido 4,4'-bifenildicarboxílico, cloruro del
ácido 3-cloroisoftálico, cloruro del ácido
3-metoxiisoftálico y cloruro de
bis(clorocarbonil)feniléter.
En el proceso de la presente invención, cuando
se desee que el polímero tenga una solubilidad alta, preferiblemente
la cantidad del otro cloruro de ácido dicarboxílico aromático a
usar junto con el cloruro del ácido isoftálico es aproximadamente
20% molar o menos, basado en la cantidad molar total de los cloruros
de ácidos dicarboxílicos aromáticos. También, cuando se desee que
el polímero tenga una cristalinidad alta, preferiblemente el
contenido de cloruro del ácido isoftálico en la mezcla de cloruros
de ácidos dicarboxílicos aromáticos es aproximadamente 90% molar o
más, más preferiblemente 95% molar o más.
En el polímero para el proceso de la presente
invención el contenido de unidades repetitivas de metafenilendiamina
es preferiblemente 90 a 100% molar, basado en las unidades
repetitivas totales de la poliamida totalmente aromática del tipo
meta. También, es preferible que el polímero no contenga
sustancialmente sales.
En el proceso de la presente invención, para
producir a partir de la solución de poliamida aromática del tipo
meta antes mencionada filamentos resistentes al calor que tengan
buenas propiedades mecánicas, es importante controlar el grado de
polimerización del polímero independientemente del contenido de
sustancias iónicas inorgánicas presentes en la solución. En
particular, para obtener filamentos que tengan buenas propiedades a
partir de la poli(metafenilenisoftalamida), el polímero debe
tener preferiblemente una viscosidad intrínseca (V.I.) de 0,8 a
4,0, más preferiblemente de 1,0 a 3,0, aún más preferiblemente de
1,3 a 2,4, determinada a una concentración del polímero de 0,5
g/100 ml en ácido sulfúrico y a una temperatura de 30ºC.
El nivel requerido del grado de polimerización
del polímero se establece considerando la finalidad de uso del
polímero o solución del polímero y el uso de los filamentos. Así, el
grado de polimerización del polímero puede ser controlado, según se
requiera, por métodos conocidos. En un método típico de control, el
grado de polimerización del polímero puede ser controlado usando un
agente que detenga la reacción terminal [por ejemplo, anilina,
alquilanilinas (por ejemplo, toluidina), cloruro del ácido benzoico,
etc.].
En la presente invención, la solución de
polímero en la que la poliamida totalmente aromática del tipo meta
está disuelta en un disolvente consistente en una amida y que
preferiblemente no contiene sustancialmente sustancias iónicas
inorgánicas (por ejemplo, sales inorgánicas) se somete a una etapa
de hilado en húmedo que se explicará más adelante.
La solución del polímero antes mencionada que no
contiene sustancialmente sustancias iónicas inorgánicas puede ser
una solución del polímero preparada eliminando las sustancias
iónicas inorgánicas de la solución de la poliamida totalmente
aromática del tipo meta en un disolvente consistente en una amida,
preparada por el método de polimerización en solución antes
mencionado, etc., o aislando la poliamida totalmente aromática del
tipo meta de una solución de la poliamida totalmente aromática del
tipo meta preparada por el método de polimerización en solución o
de polimerización interfacial y disolviendo la poliamida aislada en
un disolvente consistente en una amida. La expresión "que no
contiene sustancialmente sustancias iónicas inorgánicas"
significa que el contenido total de las sustancias iónicas
inorgánicas en la solución del polímero es menor que 0,1% en peso.
Es decir, se permite que la solución del polímero que no contiene
sustancias iónicas inorgánicas contenga sales en una cantidad muy
pequeña, que debe ser la más pequeña posible y estar preferiblemente
dentro del intervalo de 0 a 0,01% en peso.
En el proceso de la presente invención, la amida
utilizable como disolvente para la preparación de la solución del
polímero contiene preferiblemente
N,N-dimetilformamida,
N,N-dimetilacetamida,
N-metil-2-pirrolidona
y/o dimetilimidazolina. En particular, preferiblemente se emplea
N-metil-2-pirrolidona
porque la solución resultante del polímero exhibe estabilidad
excelente en el procedimiento desde la etapa de polimerización en
solución hasta la etapa de hilado en húmedo.
En el proceso de la presente invención, la
solución del polímero que ha de ser alimentada a la etapa de hilado
en húmedo puede contener agua. El agua contenida en la solución del
polímero puede haber sido añadida opcionalmente a la solución del
polímero o puede haber sido generada en la etapa de preparación de
la solución del polímero. El contenido de agua en la solución del
polímero no está limitada específicamente siempre que la solución
resultante del polímero sea estable. Usualmente, se añade agua para
que el contenido de agua en la solución del polímero sea 0 a 60% en
peso, más preferiblemente 0 a 15% en peso, basado en el peso del
polímero. Si el contenido de agua es mayor que 60% en peso, la
solución resultante del polímero puede tener estabilidad
insuficiente y, por lo tanto, puede ocurrir formación de depósitos
del polímero y/o gelificación de la solución del polímero y, por lo
tanto, se degrada significativamente la aptitud de hilado de la
solución del polímero.
Como una realización del proceso de la presente
invención, a continuación se explicará un proceso para producir
filamentos de poliamida totalmente aromática del tipo meta que no
contienen sustancialmente sustancias iónicas inorgánicas.
Por el proceso de la presente invención se
pueden producir, con alta eficiencia y buena productividad,
filamentos de aramida del tipo meta que tienen excelentes
propiedades mecánicas y de resistencia al calor y no contienen
sustancialmente sales formando filamentos no estirados que tienen
una estructura porosa de coagulación en la etapa de hilado en
húmedo y densificando la estructura porosa de coagulación de los
filamentos no estirados mediante etapas de estirado, lavado con
agua y tratamiento térmico aplicadas a los filamentos no estirados.
Se considera que el proceso antes mencionado de la presente
invención por el que se densifican los filamentos no estirados es
imposible por un proceso convencional para producir los filamentos
de aramida del tipo meta y, por lo tanto, es un proceso nuevo.
En la realización del proceso de la presente
invención, se realiza una etapa de hilado en húmedo en la que una
solución de polímero que no contiene sustancialmente sustancias
iónicas inorgánicas se extrude a través de una hilera que
preferiblemente tiene 300 a 30.000 orificios de hilado y las
corrientes extrudidas de solución del polímero se introducen
directamente en un baño de coagulación que no contiene
sustancialmente sales. La etapa de hilado en húmedo antes
mencionada permite producir filamentos de aramida del tipo meta que
tienen excelentes propiedades mecánicas y de resistencia al
calor.
En la publicación de la Patente Japonesa no
examinada número 51-564 se describe un método de
hilado en húmedo que usa un baño de coagulación que no contiene
sales. En este método, como baño de coagulación se usa un baño de
un polialquilenglicol a una temperatura alta y, por lo tanto, se
pueden producir filamentos de aramida del tipo meta usando un baño
de coagulación exento sustancialmente de sales.
Sin embargo, puesto que en este método se usa
como baño de coagulación un compuesto polimérico que no puede ser
destilado, la recuperación del compuesto polimérico es difícil y,
por lo tanto, el coste de la coagulación es alto. Por esta razón,
este método no es adecuado para la producción industrial de
filamentos de aramida del tipo meta. Por lo tanto, antes de la
presente invención no se había desarrollado ningún proceso de hilado
en húmedo que incluyera un baño inorgánico de coagulación y un
sistema de recuperación del mismo y que pudiera ser utilizado en la
industria.
En el proceso de la presente invención, para
resolver los problemas antes mencionados se usa un baño de
coagulación que comprende una composición muy simple, a saber, una
solución acuosa de un disolvente consistente en una amida, para
coagular las corrientes de la solución del polímero y formar
filamentos porosos uniformes no estirados. Es decir, en el proceso
de la presente invención la temperatura de la solución del polímero
antes mencionada se ajusta a un nivel que cae dentro del intervalo
de 20 a 90ºC y que corresponde a la temperatura del baño de
coagulación. Después la solución del polímero, a una temperatura
ajustada, se extrude a través de la hilera antes mencionada y se
introduce en el baño de coagulación que tiene la composición y
temperatura antes especificadas, para proporcionar filamentos
porosos no estirados, y los filamentos no estirados se retiran del
baño de coagulación.
En el proceso de la presente invención, los
filamentos porosos no estirados se someten a una etapa de estirado.
En la etapa de estirado los filamentos porosos no estirados se
estiran en una solución acuosa de un disolvente consistente en una
amida a una relación de estirado de 2 a 10. Después los filamentos
estirados se someten a una etapa de lavado con agua en la que los
filamentos estirados se lavan con agua y se secan. Después los
filamentos secos se someten a una etapa de tratamiento térmico en la
que los filamentos secos se tratan térmicamente a una temperatura
de 270 a 400ºC. Usando el proceso antes mencionado de la presente
invención se pueden obtener filamentos de aramida del tipo meta que
tienen una estructura densa y excelentes propiedades físicas.
Como se ha mencionado anteriormente, la
publicación de la Patente Japonesa examinada número
52-43930 describe un proceso para producir
filamentos de aramida del tipo meta que tienen una densidad final
significativamente menor que 1,3 g/cm^{3} por procedimientos
análogos a procedimientos de hilado en seco. Sin embargo, en este
proceso se usan procedimientos de hilado en seco, que son de
tecnología claramente diferente a los procedimientos de coagulación
en húmedo. En este proceso, como después del procedimiento de hilado
en seco es necesario un procedimiento en el que el filamento
resultante se hinche en una solución acuosa que contiene un
disolvente a una temperatura baja, es difícil producir los
filamentos usando una hilera con un número grande orificios de
hilado y, por lo tanto, con una productividad alta. En comparación
con éste, en el proceso de la presente invención se emplea un
método de coagulación en el que se realiza el procedimiento de
hilado en húmedo a una temperatura dentro de un intervalo
específico y bajo condiciones de coagulación específicas y, por lo
tanto, los filamentos porosos resultantes son de calidad uniforme
y, por lo tanto, se puede usar una hilera que tenga una pluralidad
de orificios de hilado. Por lo tanto, en el proceso de la presente
invención, en la etapa de hilado en húmedo se pueden producir con
alta productividad filamentos no estirados de aramida del tipo meta
que tienen un estructura porosa uniforme.
También, en la publicación de la Patente
Japonesa examinada número 52-43930 se especifica que
los filamentos porosos de aramida del tipo meta producidos por el
procedimiento de esta publicación tienen preferiblemente una
densidad menor que 1,18 g/cm^{3}. Por lo tanto, los filamentos de
aramida del tipo meta producidos de acuerdo con esta publicación
tienen una porosidad mayor que filamentos de aramida del tipo meta
producidos como producto final del proceso de la presente
invención.
En el proceso de la presente invención, para
densificar los filamentos en una extensión tal que los filamentos
densificados exhiban propiedades físicas satisfactorias, en las
etapas posteriores a la etapa de hilado en húmedo es extremadamente
importante que se forme lo más uniforme posible la estructura porosa
de los filamentos no estirados producidos por el procedimiento de
coagulación de la etapa de hilado en húmedo.
La estructura porosa de los filamentos no
estirados resultantes está muy influenciada por la composición del
baño de coagulación y por las condiciones de la coagulación y, por
lo tanto, es muy importante fijar la composición del baño de
coagulación y las condiciones de la coagulación (por ejemplo, la
temperatura).
El baño de coagulación utilizable para la etapa
de hilado en húmedo del proceso de la presente invención está
exento sustancialmente de sustancias iónicas inorgánicas, por
ejemplo, sales, y consiste esencialmente en una solución acuosa de
dos componentes, a saber, agua y un disolvente consistente en una
amida. En la composición del baño de coagulación, no hay limitación
en cuanto al tipo de la amida usada como disolvente siempre que la
amida pueda disolver al polímero de aramida del tipo meta y sea
suficientemente compatible con (o soluble en) agua.
La amida preferida como disolvente comprende por
lo menos un miembro seleccionado de
N-metil-2-pirrolidona,
dimetilacetamida, dimetilformamida y dimetilimidazolidinona.
Considerando la recuperación de la amida usada como disolvente, la
amida disolvente contenida en el baño de coagulación es
preferiblemente la misma que la contenida en la solución del
polímero.
En el proceso de la presente invención, la
relación ponderal de amida a agua contenida en el baño de
coagulación es variable, dependiendo de la composición de la
solución del polímero y de las condiciones de la coagulación. La
concentración de la amida en el baño de coagulación se ajusta
dentro del intervalo de 40 a 70% en peso. Si la concentración de la
amida es menor que 40% en peso, los filamentos no estirados
resultantes pueden tener huecos grandes formados y se pueden romper
fácilmente debido a los huecos. También, si la concentración de la
amida es mayor que 70% en peso, el baño de coagulación resultante
puede exhibir menor velocidad de coagulación de las corrientes de
la solución del polímero introducidas y los filamentos coagulados no
estirados pueden adherirse entre sí.
La temperatura adecuada del baño de coagulación
es variable, dependiendo de la composición del líquido de
coagulación. En general, cuando la temperatura del baño de
coagulación es alta, se limita la formación de poros gruesos
parecidos a burbujas de aire, denominados "dedos", en los
filamentos coagulados no estirados y se prefiere este fenómeno. En
el caso en que la concentración del disolvente en el baño de
coagulación sea alta, si la temperatura del baño de coagulación es
demasiado alta, se favorece adhesión no deseable de los filamentos
no estirados entre sí. Por lo tanto,
la temperatura del baño de coagulación está dentro del intervalo de 30 a 90ºC, más preferiblemente de 30 a 80ºC.
la temperatura del baño de coagulación está dentro del intervalo de 30 a 90ºC, más preferiblemente de 30 a 80ºC.
Preferiblemente, el líquido de coagulación
consiste esencialmente en agua y el disolvente consistente en una
amida. Opcionalmente el líquido de coagulación puede contener una
cantidad pequeña de sales. En particular, sales que pueden ser
extraídas de la solución del polímero en el líquido de coagulación,
como cloruro cálcico e hidróxido cálcico, no afectan ni impiden la
formación de la estructura porosa de los filamentos no estirados.
Por ejemplo, cuando las sales están contenidas a una concentración
baja de 10% en peso o menos, preferiblemente de 5% en peso o menos,
aún más preferiblemente de 3% en peso o menos, basado en el peso
total del baño de coagulación, no hay ningún problema. En
consecuencia, la concentración permisible de sales está en el
intervalo de 0 a 10% en peso, basado en el peso del líquido de
coagulación. El tiempo de permanencia de los filamentos no
estirados en el baño de coagulación es preferiblemente 0,1 a 30
segundos. Si el tiempo de permanencia es demasiado corto, se puede
realizar insuficientemente la formación de los filamentos no
estirados y se pueden romper los filamentos no estirados
resultantes.
En la etapa de hilado en húmedo del proceso de
la presente invención, una densidad aparente alta de los filamentos
porosos no estirados resultantes hace que, en las etapas posteriores
a la etapa de hilado en húmedo, se densifique fácilmente la
estructura de los filamentos porosos no estirados. Los filamentos
porosos no estirados tienen una densidad aparente de 0,3 a 1,0
g/cm^{3}, preferiblemente de 0,5 a 1,0 g/cm^{3}. Cuando la
densidad aparente de los filamentos no estirados es menor que de
0,3 g/cm^{3}, los filamentos no estirados pueden exhibir una
porosidad demasiado alta y puede ser difícil densificarlos
suficientemente en las etapas posteriores a la etapa de hilado en
húmedo. La densidad aparente de los filamentos puede ser determinada
basándose en el volumen y peso de los filamentos medidos de acuerdo
con ASTM D 2130.
En la estructura porosa de los filamentos no
estirados producidos por la etapa de hilado en húmedo del proceso
de la presente invención se forma una pluralidad de poros finos que
tienen una uniformidad extremadamente alta.
En la estructura porosa no se encuentran poros
grandes que tengan un tamaño de varios micrómetros o más,
denominados "dedos". Los poros finos tienen un tamaño del
orden de 0,1 a 1 \mum, determinado por un microscopio de barrido,
es decir, son submicrométricos. Es sabido que se puede formar una
estructura con poros finos y uniformes, por ejemplo, por
descomposición espinodal producida debido a la coagulación. En la
coagulación (hilado en húmedo), formándose la estructura porosa
fina uniforme antes mencionada se puede evitar en la etapa de
estirado la rotura de los filamentos resultantes y se puede
realizar la densificación de la estructura de los filamentos en la
etapa final de tratamiento térmico y conseguir propiedades físicas
de los filamentos suficientes para su uso práctico.
En el proceso de la presente invención, en la
fase de extrusión de la solución del polímero hacia el baño de
coagulación se puede emplear una hilera que tenga una pluralidad de
orificios de hilado. En la práctica, el límite superior del número
de orificios de hilado por hilera es aproximadamente 50.000.
Preferiblemente se emplea una hilera que tiene 300 a 30.000
orificios de hilado.
En la etapa de hilado en húmedo del proceso de
la presente invención, los filamentos porosos coagulados no
estirados resultantes se introducen sucesivamente en un baño de
estirado plastificante que comprende una solución acuosa de un
disolvente consistente en una amida y se estiran en el baño de
estirado a una relación de estirado de 2 a 10.
El baño de estirado plastificante utilizable en
el proceso de la presente invención comprende una solución acuosa
de un disolvente consistente en una amida. El disolvente consistente
en una amida se selecciona preferiblemente de los capaces de
hinchar la poliamida totalmente aromática del tipo meta y de
mezclarse suficientemente con agua. Usualmente el disolvente
consistente en una amida comprende preferiblemente por lo menos
un miembro seleccionado de
N-metil-2-pirrolidona,
dimetilacetamida, dimetilformamida y dimetilimidazolidinona. Más
preferiblemente, el disolvente consistente en una amida utilizado en
el baño de estirado plastificante es el mismo que el utilizado en
el baño de coagulación. Cuando el disolvente consistente en una
amida utilizado en el baño de coagulación y el utilizado en el baño
de estirado plastificante son iguales, se puede simplificar el
procedimiento de recuperación del disolvente y obtener una ventaja
económica.
Es decir, todos los disolventes consistentes en
una amida utilizados en la solución del polímero, baño de
coagulación y baño de estirado plastificante son preferiblemente
iguales y, como disolvente consistente en una amida, se emplea
ventajosamente una de
N-etil-2-pirrolidona,
dimetilformamida y dimetilformamida o una mezcla de dos o más de
estas.
La composición y temperatura del baño de
estirado plastificante son variables, estando estrechamente
relacionadas entre sí. La concentración de la amida usada como
disolvente en el baño de estirado plastificante está en el
intervalo de 20 a 70% en peso y la temperatura del baño de estirado
está en el intervalo de 20 a 90ºC. Con una concentración y
temperatura por debajo de los límites inferiores de los intervalos
antes mencionados, la plastificación de los filamentos no estirados
puede ser insuficiente y puede ser difícil el estirado de los
filamentos no estirados a una relación de estirado suficiente.
También, con una concentración y temperatura por encima de los
límites superiores de los intervalos antes citados, los filamentos
no estirados pueden disolverse en porciones superficiales de ellos
y adherirse entre sí y, por lo tanto, puede ser difícil la
producción de filamentos estirados satisfactorios.
En la etapa de estirado plastificante del
proceso de la presente invención, el procedimiento de estirado se
realiza preferiblemente a una relación de estirado de 1,5 a 10, más
preferiblemente de 2 a 10, aún más preferiblemente de 2,1 a 6,0.
Realizando el procedimiento de estirado a la relación de estirado
alta antes mencionada, los filamentos estirados resultantes de
aramida del tipo meta exhiben resistencia mecánica y módulo de
elasticidad mayores y, por lo tanto, tienen propiedades físicas
excelentes, y simultáneamente se aplastan los poros finos de la
estructura porosa de los filamentos no estirados y, en la etapa de
tratamiento térmico aplicado después de la etapa de estirado
plastificante, se pueden densificar suficientemente los filamentos
estirados. Sin embargo, a una relación de estirado demasiado alta,
puede disminuir la facilidad del procedimiento de estirado y puede
ser difícil realizar el procedimiento de
estirado.
estirado.
A continuación los filamentos estirados
sometidos a la etapa de estirado plastificante antes mencionada se
lavan con agua, por ejemplo, con agua fría a una temperatura de 30ºC
o menos y después con agua caliente a una temperatura de 50 a 90ºC.
Después, los filamentos lavados se secan con un rodillo de
calentamiento o corriente de aire caliente usualmente a una
temperatura de 100ºC o más, para eliminar agua. Después, los
filamentos lavados se tratan térmicamente a una temperatura de 270
a 400ºC usando una placa caliente o rodillo de calentamiento.
La etapa de tratamiento térmico seco
(calentamiento seco y estirado adicional) es una etapa importante
para densificar los filamentos porosos estirados y proporcionar a
los filamentos estirados resistencia mecánica y alargamiento
suficientes para su uso práctico. En particular, la temperatura de
la etapa de tratamiento térmico seco (calentamiento seco y estirado
adicional) es variable, estando estrechamente relacionada con la
densidad aparente de los filamentos tratados térmicamente
resultantes. La etapa de tratamiento térmico seco se realiza a una
temperatura de 270 a 400ºC, preferiblemente de 300 a 370ºC. Si la
temperatura del tratamiento térmico es superior a 400ºC, los
filamentos tratados térmicamente resultantes pueden exhibir
deterioro y decoloración significativas y, ocasionalmente, se
pueden romper. Si la temperatura del tratamiento térmico es menor
que 270ºC, no se pueden densificar suficientemente los filamentos
estirados y, por lo tanto, puede ser difícil proporcionar
propiedades estables a los filamentos. Se debe indicar que, en el
proceso de la presente invención, la temperatura del tratamiento
térmico seco está representada por la temperatura fijada en el medio
de calentamiento, por ejemplo, placa de calentamiento o rodillo de
calentamiento.
En la etapa de tratamiento térmico del proceso
de la presente invención, la relación de estirado del procedimiento
de estirado adicional es variable, estando estrechamente relacionada
con el módulo de elasticidad y la resistencia mecánica de los
filamentos estirados resultantes, y se puede fijar al valor deseado.
Usualmente, cuando la relación de estirado del estirado adicional
se fija en un valor de 0,7 a 3, particularmente de 1,0 a 2,7, los
filamentos estirados exhiben buena propiedad de estiramiento y se
proporcionan a los filamentos tratados térmicamente buena
resistencia mecánica y buen módulo de elasticidad. La relación de
estirado de 0,7 antes mencionada indica que, en la etapa de
tratamiento térmico, los filamentos se contraen a una longitud
correspondiente al 70% de su longitud original antes del
tratamiento térmico, es decir, con una contracción del 30%. Es
decir, la etapa de tratamiento térmico del proceso de la presente
invención permite que la relación de estirado sea menor que 1,0.
Esto significa que la etapa de tratamiento térmico de la presente
invención incluye un tratamiento térmico de contracción en el que
los filamentos estirados se contraen con un intervalo limitado de
contracción. Preferiblemente la relación de estirado en la etapa de
tratamiento térmico se fija considerando la relación de estirado
aplicada en la etapa de estirado plastificante a los filamentos no
estirados. En vista de la densificación de los filamentos estirados
y de la provisión de las propiedades físicas deseadas de los
filamentos y estabilización de la etapa de hilado en húmedo, el
total de las relaciones de estirado de la etapa de estirado
plastificante y la etapa de tratamiento térmico seco se controla
preferiblemente a un valor de 2,5 a 12, más preferiblemente de 3,0
a 6,0.
Los filamentos de aramida del tipo meta
producidos por el proceso de la presente invención tienen una
aptitud de estirado satisfactoria y, por lo tanto, pueden ser
estirados fácilmente en la etapa de estirado plastificante y en la
etapa de tratamiento térmico seco, a una relación de estirado alta y
sin rotura de los filamentos.
Por el proceso antes mencionado de la presente
invención se pueden producir filamentos de aramida del tipo meta
que tienen una resistencia a la tracción de 3,53 cN/dtex (4,0 g/de)
o más.
En otra realización del proceso de la presente
invención, como solución del polímero para la etapa de hilado en
húmedo se emplea una solución del polímero que contiene sustancias
iónicas inorgánicas (por ejemplo, sales inorgánicas). Este tipo de
solución del polímero se obtiene en el caso en que se policondensen
una diamina aromática y un cloruro de ácido dicarboxílico aromático
y se neutralice con un compuesto básico de calcio el cloruro de
hidrógeno producido como subproducto, y contiene una poliamida
totalmente aromática del tipo meta, cloruro cálcico y
agua.
agua.
El polímero antes mencionado se produce por el
método de polimerización antes mencionado. Cuando se usa un método
de polimerización en solución, preferiblemente se emplean como
disolvente las mismas amidas usadas en la realización antes
mencionada, es decir, N,N-dimetilformamida,
N,N-dimetilacetamida,
N-metil-2-pirrolidona
y dimetilimidazolinona y, en particular, preferiblemente se emplea
N-metilpirrolidona (NMP).
Usualmente, en el procedimiento de
polimerización en solución, como medio de polimerización se emplea
preferiblemente NMP. Después de disolver en NMP una diamina
aromática del tipo meta, se mezcla con la solución de la diamina un
cloruro de ácido dicarboxílico aromático que comprende, como
ingrediente principal, cloruro del ácido isoftálico, en forma de
polvo o en estado fundido, agitando intensamente para que la
diamina reaccione con el cloruro de ácido dicarboxílico. La
temperatura de la reacción es preferiblemente 0 a 80ºC. La cantidad
del medio de polimerización es preferiblemente 3 a 30% en peso del
peso total de los materiales de partida.
La solución de la poliamida totalmente aromática
del tipo meta producida de la manera antes mencionada contiene
cloruro de hidrógeno a una concentración alta y, por lo tanto,
cuando la solución de la poliamida se neutralice con una sustancia
básica soluble en agua, por ejemplo, hidróxido cálcico, hidróxido
sódico o (hidrógeno)carbonato sódico, se termina la reacción
de polimerización y se puede obtener una solución de una poliamida
aromática del tipo meta que tiene el grado de polimerización
preferido y estabilidad química alta.
La concentración del polímero en la solución del
polímero que contiene sustancias iónicas inorgánicas utilizable
para el proceso de la presente invención se expresa en partes en
peso por 100 partes en peso del total de polímero y disolvente
(NMP). Esta concentración se denominará en lo sucesivo
"concentración PN", omitiéndose las unidades "partes en
peso".
La concentración PN del polímero en la solución
del polímero que contiene sustancias iónicas inorgánicas es
preferiblemente 10 a 30, más preferiblemente 16 a 30. Si la
concentración PN es menor que 10, como la concentración es
demasiado baja, la solución resultante del polímero puede exhibir
una propiedad insuficiente de formación de filamentos.
Así, los filamentos resultantes pueden exhibir
comportamiento degradado, se puede incrementar el grado de
reciclado y reutilización del disolvente (NMP) y puede ocurrir un
inconveniente económico. También, cuanto mayor sea la concentración
PN, mayor será la transparencia del producto conformado, es decir,
de los filamentos. Sin embargo, cuando la concentración PN es mayor
que 30, la solución resultante del polímero puede exhibir una
viscosidad demasiado alta y, por lo tanto, no se pueden realizar
fácilmente el procedimiento de la reacción de polimerización ni el
procedimiento de la reacción de neutralización. Por lo tanto, cuando
la polimerización se realiza a una concentración alta de los
componentes, por ejemplo, a una concentración PN mayor que 30, la
adición de una suspensión de un agente neutralizante, por ejemplo,
hidróxido cálcico disperso en NMP en una cantidad apropiada (por
ejemplo, una cantidad suficiente para ajustar finalmente la
concentración PN a 25), al sistema de reacción en el procedimiento
de neutralización puede hacer que la reacción de neutralización se
realice fácilmente, y simultáneamente se puede controlar la
concentración del polímero (concentración PN) en el sistema de
polimerización.
La solución del polímero antes mencionada
comprende la poliamida aromática del tipo meta y el disolvente
consistente en una amida y además las sustancias iónicas
inorgánicas (sales) y opcionalmente contiene agua. El agua y las
sales antes mencionadas se producen necesariamente durante el
procedimiento de polimerización en solución y también pueden ser
añadidas a la solución del polímero, si fuera necesario. También,
cuando se prepare la solución del polímero por otro método de
preparación de la solución del polímero, las sustancias iónicas
inorgánicas (sales) y el agua se pueden añadir externamente.
Las sustancias iónicas inorgánicas (sales) antes
mencionadas incluyen, por ejemplo, haluros de metales alcalinos,
por ejemplo, cloruro sódico, yoduro sódico y cloruro de litio; y
haluros, carbonatos e hidróxidos de metales alcalinotérreos, por
ejemplo, cloruro cálcico, carbonato cálcico, hidróxido cálcico y
cloruro magnésico. No hay limitación en cuanto a la concentración
de las sustancias iónicas inorgánicas siempre que la solución
resultante del polímero se mantenga estable. Usualmente, la
concentración de las sustancias iónicas inorgánicas está
preferiblemente en el intervalo de 0 a 60% en peso, más
preferiblemente 50% o menos, basado en el peso del polímero. Si la
concentración de las sustancias iónicas inorgánicas es mayor que 60%
en peso, las sustancias iónicas inorgánicas pueden ser depositadas
por la solución del polímero y, por lo tanto, la solución del
polímero puede exhibir una estabilidad menor.
La solución del polímero tiene preferiblemente
un contenido de agua de 0 a 20% en peso, más preferiblemente de 0 a
15% en peso, basado en el peso total de la solución del
polímero.
Cuando el contenido de agua es mayor que 20% en
peso, la solución resultante del polímero puede exhibir una
estabilidad no satisfactoria y, por lo tanto, el polímero se puede
depositar o gelificar por lo que se puede degradar
significativamente la propiedad de formación de filamentos de la
solución resultante del polímero.
En particular, en el procedimiento de
polimerización en solución, después de haberse producido el polímero
deseado, éste se neutraliza añadiendo un agente neutralizante. El
agente neutralizante utilizable para la neutralización comprende
por lo menos un miembro seleccionado de óxido cálcico, hidróxido
cálcico y carbonato cálcico. En el procedimiento de neutralización,
se neutraliza el cloruro de hidrógeno producido como subproducto de
la reacción de polimerización y, como resultado, se produce
necesariamente cloruro cálcico. (CaCl_{2}). La cantidad de
cloruro de hidrógeno producido como subproducto de la reacción de
polimerización es variable, dependiendo de la estructura química
del polímero deseado y del peso molecular medio de unidades
repetitivas mínimas del polímero. Por ejemplo, en el caso en que el
cloruro de hidrógeno producido como subproducto de la reacción de
polimerización de poli(metafenilenisoftalamida) sea
neutralizado por el compuesto antes mencionado, se produce cloruro
cálcico en una cantidad de 46,64 partes en peso por 100 partes en
peso del polímero. El cloruro cálcico producido por la reacción de
neutralización queda disuelto y retenido en la solución del polímero
y sirve como promotor para incrementar la estabilidad de la
solución del polímero, como se describe en la publicación de la
patente japonesa examinada número 35-16.027. Sin
embargo, en el proceso convencional, el cloruro cálcico disuelto en
una cantidad grande en la solución del polímero hace que sea difícil
el procedimiento de hilado en húmedo usando la solución del
polímero.
La cantidad de agua producida por la reacción de
neutralización y contenida en la solución del polímero es variable,
dependiendo del tipo de agente neutralizante. Cuando se realiza la
neutralización usando hidróxido cálcico, se produce agua en una
cantidad de 15,13 partes en peso por 100 partes en peso del
polímero. Alternativamente, cuando se realiza la neutralización
usando óxido cálcico o carbonato cálcico, se produce agua en una
cantidad de 7,56 partes en peso por 100 partes en peso del
polímero. El agente neutralizante se añade al sistema de
polimerización en forma de solución acuosa o de una suspensión que
contiene agua y un disolvente y, por lo tanto, el agua producida y
el agua añadida están contenidas en la solución resultante del
polímero. Sin embargo, siempre que el agua esté contenida en la
cantidad antes mencionada, no se degradan sustancialmente la
estabilidad de la solución del polímero ni las propiedades de la
composición neutralizada. A veces, la presencia de agua puede hacer
ventajosamente que la solución resultante del polímero exhiba una
viscosidad reducida. Sin embargo, cuando el contenido de agua es
demasiado alto, la solución resultante del polímero puede exhibir
indeseablemente un estabilidad significativamente menor (se puede
convertir en gel). En consecuencia, la cantidad apropiada de agua a
añadir en el procedimiento de neutralización es variable,
dependiendo de la concentración del polímero. La cantidad de agua a
añadir es 15 partes en peso o más por 100 partes en peso del
polímero. En la solución del polímero se puede disolver agua en una
cantidad aproximadamente 6 veces mayor que la cantidad antes
mencionada, es decir, en una cantidad de aproximadamente 90 partes
en peso por 100 partes en peso del polímero. Sin embargo, el
contenido de agua con el que la solución resultante del polímero
puede permanecer estable está en el intervalo de 2,42 a 9,7 partes
en peso por 100 partes en peso del polímero (agua/polímero = 15 a
60% en peso). También, cuando la concentración PN es 20, la
cantidad de agua a añadir es aproximadamente 15 a 60 partes en peso
por 100 partes en peso del polímero y es aproximadamente igual
cuando la concentración PN es 16. También, el contenido de agua con
el que la solución resultante del polímero puede permanecer estable
es 15 a 45 partes cuando la concentración PN es 25 y 15 a 30 partes
cuando la concentración PN es 30. Los valores antes mencionados del
contenido de agua se determinan dejando en reposo la solución del
polímero a una temperatura de 60 a 70ºC y son algo variables,
dependiendo del grado de polimerización del polímero y de la
temperatura a la que se deja en reposo la solución del polímero. El
intervalo del contenido de agua en el que el agua se puede disolver
en la solución del polímero se limita cuando se incrementa la
concentración del polímero. En la práctica del proceso de la
presente invención, preferiblemente el contenido de agua en la
solución del polímero se ajusta en principio a 8% en peso o menos y
después se fija experimentalmente el contenido apropiado de agua
para evitar la gelificación de la solución del polímero.
La solución del polímero utilizable para el
proceso de la presente invención se debe preparar a partir de los
materiales de partida antes mencionados. Por ejemplo, en la presente
invención se puede emplear una solución de polímero preparada por
un proceso en el que se hacen reaccionar entre sí los materiales de
partida antes mencionados en THF, se añade a la mezcla resultante
de la reacción una solución acuosa alcalina para neutralizar el
cloruro de hidrógeno producido en la interfase entre el THF y la
solución acuosa, y el polímero resultante se disuelve en un
disolvente consistente en una amida. Alternativamente, se puede
emplear una solución de polímero preparada por un método de
polimerización interfacial.
En el proceso convencional para producir
filamentos de aramida del tipo meta, se consideraba difícil
convertir en filamentos por el método de hilado en húmedo una
solución del polímero de aramida del tipo meta que contiene una
cantidad equimolar de cloruro cálcico, que se refiere al cloruro
cálcico producido en una cantidad molar equivalente al resto amido
cuando se produce una poli(metaaramida) mediante un método de
polimerización en solución. Por lo tanto, para la producción de
filamentos a partir de la solución de un polímero de aramida del
tipo meta se emplea un método de hilado en seco o un método de
hilado en semiseco-semihúmedo. También, se
consideró que para someter la solución antes mencionada del polímero
a un método de hilado en húmedo, en el método de polimerización en
solución y en el método de polimerización interfacial el contenido
de cloruros (CaCl_{2}, NaCl, NH_{4}Cl, etc.) producidos al
neutralizar el cloruro de hidrógeno producido como subproducto se
debe reducir a 70% o menos, preferiblemente a 20% o menos, basado en
la cantidad total de cloruros producidos, para preparar una
solución de polímero que contenga un contenido reducido de
sales.
Sin embargo, usualmente la eliminación de
cloruros por el medio antes mencionado es difícil en la práctica
industrial. Por ejemplo, cuando se prepara el polímero por
polimerización interfacial, el disolvente de la polimerización es
de tipo diferente del disolvente de la solución del polímero para el
hilado y, por lo tanto, son necesarios dos aparatos distintos de
recuperación para recuperar los disolventes diferentes. Incluso en
el caso en que la solución del polímero preparado por el método de
polimerización en solución se prepare usando el mismo disolvente
que el disolvente de la polimerización y la solución resultante del
polímero se someta al procedimiento de hilado, son necesarios
procedimientos difíciles para que las sales inorgánicas producidas
como subproducto en el procedimiento de neutralización se separen de
la solución del polímero por filtración a presión, filtración que
industrialmente es muy difícil porque la solución del polímero tiene
una viscosidad alta, o para que los cloruros inorgánicos presentes
en la solución del polímero se separen añadiendo y lavando la
solución del polímero con agua y después el polímero se seque y
disuelva. Por lo tanto, el proceso convencional tiene los
inconvenientes de que sus costes son altos y se produce
contaminación medioambiental.
En el proceso de la presente invención, se
pueden producir filamentos de aramida del tipo meta que tienen
brillo alto y buenas propiedades mecánicas y de resistencia al calor
usando un procedimiento de hilado en húmedo en el que una solución
del polímero, que puede ser una solución del polímero que contiene
cloruro cálcico, se extrude a través de una hilera y la solución de
polímero extrudida se introduce directamente en un baño de
coagulación que tiene una composición específica y que no contiene
sustancialmente sales.
En la etapa de hilado en húmedo del proceso de
la presente invención, la solución del polímero se coagula usando
un baño de coagulación que tiene una composición muy simple que
consiste en una solución acuosa de un disolvente consistente en una
amida, con lo que se pueden obtener filamentos porosos no estirados
que tienen una uniformidad alta. Es decir, en el proceso de la
presente invención, la temperatura de la solución del polímero
antes mencionada se controla preferiblemente a un nivel en el
intervalo de 20 a 90ºC, que corresponde a la temperatura del baño
de coagulación, la solución del polímero a la temperatura controlada
se extrude a través de la hilera y se introduce directamente en el
baño de coagulación que tiene la composición y temperatura antes
mencionadas, para formar filamentos porosos no estirados, y después
los filamentos no estirados se retiran del baño de coagulación y se
estiran en una solución acuosa del disolvente formado consistente en
una amida (preferiblemente a una relación de estirado de 2 o más,
pero no mayor que 10), y los filamentos estirados se lavan con
agua, se secan y se tratan
térmicamente.
térmicamente.
Los filamentos porosos no estirados producidos a
partir de la solución del polímero que contiene sustancias iónicas
inorgánicas por la etapa de hilado en húmedo antes mencionada se
someten a las mismas etapas de estirado plastificante, lavado con
agua y tratamiento térmico antes mencionadas, con lo que se pueden
producir con alta eficiencia y alta productividad filamentos de
poliamida totalmente aromática del tipo meta que tienen densidad
aparente y uniformidad altas.
Por la realización antes mencionada del proceso
de la presente invención, se pueden obtener filamentos de aramida
del tipo meta que tienen una resistencia a la tracción de 3,53
cN/dtex (4,0 cN/de) o más.
En el proceso de la presente invención, los
procedimientos de hilado en húmedo, estirado plastificante, lavado,
secado y tratamiento térmico se pueden realizar en continuo. Esto es
una ventaja del proceso de la presente invención. Sin embargo,
opcionalmente el proceso de la presente invención se puede realizar
en una pluralidad de fases divididas o en orden diferente al orden
antes mencionado.
Además, los filamentos producidos por el proceso
de la presente invención se someten opcionalmente a un procedimiento
de ondulación y/o a un procedimiento de cortado en el que los
filamentos se cortan a la longitud deseada de fibras y/o a un
procedimiento de hilado, etc.
Los filamentos de poliamida totalmente aromática
del tipo meta (metaaramida) producidos de acuerdo con el proceso de
la presente invención tienen una estructura densa similar a la de
filamentos convencionales de metaaramida. Los filamentos de la
presente invención tienen una densidad aparente de 1,2 g/cm^{3} o
más, preferiblemente de 1,3 g/cm^{3} o más, y exhiben buenas
propiedades y el contenido de sales en los filamentos puede ser
controlado a un nivel muy bajo. Es decir, el contenido total de
sustancias iónicas inorgánicas contenidas en los filamentos puede
ser limitado a 500 ppm o menos, preferiblemente a 300 ppm o menos.
En la realización preferida, el contenido de calcio en los
filamentos, que se considera afecta a las propiedades de los
filamentos, a la resistencia al calor y a la aptitud de
procesamiento de los filamentos, puede ser controlado a un valor de
0 a 100 ppm. También, el contenido de cloruros en los filamentos,
que se considera afecta a las propiedades eléctricas, por ejemplo,
a las propiedades de aislamiento eléctrico, puede ser limitado a un
valor de 0 a 150 ppm.
Los filamentos de poliamida totalmente aromática
del tipo meta (metaaramida) producidos de acuerdo con el proceso de
la presente invención exhiben resistencia al calor, resistencia a la
llama y propiedades mecánicas excelentes y se pueden usar en
diversos campos que utilizan las propiedades antes mencionadas y, en
particular, son útiles en campos en los que se debe evitar
contaminación por sustancias iónicas. Por ejemplo, los filamentos
de aramida de tipo meta de la presente invención son útiles solos o
combinados con otros tipos de filamentos para la producción de
telas tejidas y tricotadas utilizables como ropa resistente al calor
y resistente al fuego, por ejemplo, uniformes para bomberos y ropas
de protección, y ropa de cama y materiales interiores resistentes
al fuego, y para la producción de telas no tejidas que son
utilizables como materiales industriales, por ejemplo, filtros, u
hojas de papel sintético y materiales compuestos. Alternativamente,
los filamentos de metaaramida de la presente invención que tienen
un contenido controlado de sustancias iónicas son utilizables en
los campos de materiales de aislamiento eléctrico, partes de
dispositivos electrónicos y placas de base para circuitos impresos,
en forma de telas tejidas o tricotadas, telas no tejidas u hojas de
papel sintético.
La presente invención se explicará
adicionalmente por los siguientes Ejemplos con referencia al Ejemplo
Comparativo. Estos Ejemplos y el Ejemplo Comparativo tienen sólo el
fin de favorecer la comprensión de la presente invención y no
limitan el alcance de la presente invención.
En el Ejemplo 1 y en el Ejemplo Comparativo 1
mostrados a continuación, la viscosidad intrínseca (V.I.) de la
poliamida aromática se determinó aislando el polímero de una
solución de éste preparada por un procedimiento de polimerización,
secando el polímero aislado y sometiendo el polímero seco a una
medición de la viscosidad intrínseca a una concentración del
polímero de 100 mg/100 ml en ácido sulfúrico concentrado y a una
temperatura de
30ºC.
30ºC.
También, en la solución del polímero usada para
el procedimiento de hilado la concentración del polímero
(concentración PN) es el porcentaje en peso del polímero, basado en
el peso total de la solución del polímero, es decir, [(peso del
polímero)/(peso total de la solución del polímero)] x 100.
Además, la densidad aparente de los filamentos
porosos no estirados preparados por el procedimiento de coagulación
se calculó a partir del diámetro de los filamentos determinado de
acuerdo con ASTM D 2130 y el espesor de los filamentos (dtex).
También, la densidad aparente de los filamentos estirados y tratados
térmicamente se midió por el método de
sumergir-flotar usando, como disolvente, una mezcla
de tetracloroetano y ciclohexano.
En los filamentos resultantes, el contenido de
metales se midió usando espectroscopia de absorción atómica para
metales alcalinos o ICP para otros iones metálicos.
El contenido de cloruros inorgánicos en los
filamentos se determinó por análisis cuantitativo microgravimétrico
DOMAN.
Se preparó una solución del polímero por los
siguientes procedimientos de acuerdo con el método de polimerización
interfacial descrito en la publicación de la Patente Japonesa
examinada número 47-10.863.
Se disolvieron en tetrahidrofurano (THF) cloruro
del ácido isoftálico y metafenilendiamina en cantidades iguales y
la solución resultante se puso en contacto con una solución acuosa
de carbonato sódico para realizar una polimerización interfacial.
El polímero resultante se lavó obteniéndose
poli(metafenilenisoftalamida) en forma de polvo. Esta
poli(metafenilenisoftalamida) exhibía una viscosidad
intrínseca de 1,9. Se suspendió el polvo de
poli(metafenilenisoftalamida) en una cantidad de 21,5 partes
en peso en 78,5 partes en peso de
N-metil-2-pirrolidona
enfriada a 0ºC, para preparar una suspensión del polímero. La
suspensión del polímero se calentó hasta una temperatura de 60ºC
proporcionando una solución transparente del polímero. El contenido
de iones inorgánicos en el polvo del polímero antes mencionado fue:
Na 730 ppm; K 8,8 ppm; Ca 5 ppm; Fe 2,3 ppm. También, en la
solución antes mencionada del polímero, la concentración de polímero
fue 21,5%.
La solución del polímero preparada en la etapa
(a) anterior se extrudió, en forma de líquido de hilado en húmedo,
a través de una hilera que tenía 50 orificios de hilado de 0,05 mm
de diámetro y se introdujo en un baño de coagulación a una
temperatura de 80ºC para coagular las corrientes introducidas de la
solución del polímero y formar filamentos no estirados. El baño de
coagulación tenía una composición que comprendía agua y NMP en una
relación ponderal de 45/55 y, en el baño de coagulación, la longitud
de inmersión de los filamentos (longitud eficaz del baño de
coagulación) fue 60 cm y la velocidad de desplazamiento del
filamento no estirado fue 8 m/min. Los filamentos no estirados se
retiraron del baño de coagulación a la atmósfera del aire
ambiente.
Los filamentos no estirados eran porosos y de
forma lineal y tenían una densidad aparente de 0,65 g/cm^{3}.
Los filamentos no estirados antes mencionados se
introdujeron en un baño de estirado plastificante y se estiraron a
una relación de estirado de 3. El baño de estirado plastificante
usado tenía una composición que comprendía agua y NMP en una
relación ponderal de 70/30 y la temperatura del baño era 80ºC.
Después de la etapa de estirado, los filamentos estirados se
introdujeron en un baño de lavado con agua en el que los filamentos
estirados se lavaron a fondo con agua fría y después con agua
caliente a una temperatura de 80ºC. Después, los filamentos lavados
con agua se secaron arrollándolos alrededor de la periferia de un
rodillo secador que tenía una temperatura en la periferia de 120ºC.
Los filamentos secos se retiraron del rodillo secador y se estiraron
en seco a una relación de estirado de 1,2 en una placa de
calentamiento a una temperatura de 340 a 360ºC para tratar
térmicamente los filamentos estirados. Finalmente los filamentos
tratados térmicamente se bobinaron. En este ejemplo, la relación
total de estirado fue 3,6 y la velocidad de bobinado final de los
filamentos tratados térmicamente fue 28,8 m/min.
Se midieron las propiedades mecánicas de los
filamentos resultantes de poli(metafenilenisoftalamida). Como
resultado, los filamentos tenían un espesor de 1,89 dtex (denier
1,7), una densidad aparente de 1,3 g/cm^{3}, una resistencia a la
tracción de 3,11 cN/dtex (3,52 g/de), un alargamiento en la rotura
del 24,5% y un módulo de Young de 61,1 cN/dtex (69,2 g/de). Estas
propiedades mecánicas fueron buenas. Los filamentos resultantes
tenían el contenido de iones mostrado en la Tabla 1. El contenido de
iones era muy bajo.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo Comparativo
1
Para comparar, se midió el contenido de iones de
filamentos convencionales de poli(metafenilenisoftalamida)
disponibles bajo la marca comercial CORNEX, de TEIJIN LTD. Los
resultados se muestran en la Tabla 2.
En cada uno de los siguientes Ejemplos 2 y 3, se
midió la viscosidad intrínseca (V.I.) de la poliamida aromática por
un método en el que el polímero se aisló de una solución del
polímero y se secó, el polímero resultante se disolvió en ácido
sulfúrico concentrado a una concentración de 0,5 g de polímero/100
ml y la solución del polímero se sometió a la determinación de la
viscosidad intrínseca a una temperatura de 30ºC. La concentración
del polímero (concentración PN) de la solución, es decir, la
relación polímero/solución del polímero en %, y el contenido de
cloruro cálcico y agua en la solución del polímero se indicaron,
respectivamente, en partes en peso por 100 partes en peso del
polímero.
También, la densidad de los productos
filamentosos porosos obtenidos por la coagulación fue la densidad
aparente calculada a partir del diámetro de los filamentos y el
espesor de los filamentos (dtex), medida de acuerdo con ASTM D
2130. La densidad de los filamentos estirados y tratados
térmicamente se determinó por el método de
sumergir-flotar usando un disolvente compuesto de
una mezcla de tetracloroetano y ciclohexano.
(a) Para preparar una solución de polímero por
un método de polimerización en solución, un reactor equipado con un
termómetro de control, un agitador y bocas de entrada se cargó con
815 partes en peso de NMP deshidratada usando tamices moleculares y
después se disolvió metafenilendiamina (mPDA) en una cantidad de
108 partes en peso y la solución resultante se enfrió hasta una
temperatura de 0ºC. En la solución enfriada de la diamina, se
mezclaron 203 partes en peso de cloruro del ácido isoftálico (IPC)
refinado por destilación y pulverizado en una atmósfera de gas
nitrógeno, agitando durante el mezclado, para hacer que la diamina y
el cloruro de ácido reaccionaran entre sí. Se incrementó la
temperatura del sistema de reacción hasta aproximadamente 50ºC. Se
mantuvo el sistema de reacción a esta temperatura durante 60 minutos
agitando continuamente. Se incrementó la temperatura del sistema de
reacción hasta 60ºC y se continuó la reacción a esta temperatura
durante 60 minutos. Después de haberse completado la reacción, se
colocaron en el reactor y disolvieron en el sistema de reacción 70
partes en peso de hidróxido cálcico en forma de partículas finas
para neutralizar el sistema de reacción (neutralización primaria).
Después, se dispersaron 4 partes en peso de hidróxido cálcico en 83
partes en peso de NMP para proporcionar una suspensión. Se mezcló la
suspensión que contenía hidróxido cálcico (agente neutralizador)
con la solución de polímero neutralizada primaria, agitando la
mezcla resultante (neutralización secundaria). La neutralización
secundaria se realizó a una temperatura de 40 a 60ºC durante
aproximadamente 60 minutos, agitando la mezcla. El hidróxido
cálcico se disolvió completamente proporcionando una solución
neutralizada del polímero.
La solución resultante del polímero (líquido de
hilado) tenía una concentración de polímero (concentración PN, es
decir, partes en peso de polímero por 100 partes en peso del total
de polímero y NMP) de 14. La viscosidad intrínseca (V.I.) de la
poli(metafenilenisoftalamida) resultante fue 2,4. También, en
la solución del polímero, el contenido de cloruro cálcico fue 46,6
partes y el contenido de agua fue 15,1 partes por 100 partes en peso
de polímero.
El líquido de hilado antes mencionado (a) se
extrudió a través de una hilera que tenía 50 orificios de hilado,
cada uno de 0,09 mm de diámetro, y se introdujo en un baño de
coagulación a una temperatura de 80ºC para preparar filamentos no
estirados. El baño de coagulación tenía una composición que
comprendía agua y NMP en un relación ponderal de 50/50 y una
longitud de inmersión (longitud eficaz del baño de coagulación) de
60 cm. La velocidad de desplazamiento de los filamentos no
estirados en el baño de coagulación fue 8 m/min. Los filamentos
coagulados no estirados se retiraron del baño de coagulación a la
atmósfera ambiente. Los filamentos porosos no estirados resultantes
retirados del baño de coagulación tenían una densidad aparente de
0,74. Los filamentos no estirados se introdujeron sucesivamente en
un baño de estirado plastificante y se estiraron en el baño a una
relación de estirado de 3,0. El baño de estirado plastificante
tenía una composición que comprendía agua y NMP en una relación
ponderal de 45/55 y una temperatura de 40ºC. Los filamentos
estirados se lavaron a fondo con agua fría y después con agua
caliente a una temperatura de 80ºC. Después, los filamentos
estirados lavados se secaron en un rodillo secador que tenía una
temperatura en la periferia de 120ºC y después se estiraron en
caliente en una placa de calentamiento a una temperatura de 340 a
360ºC a una relación de estirado de 1,2 y finalmente los filamentos
tratados térmicamente se bobinaron. En este ejemplo, la relación
total de estirado fue 3,6 y la velocidad de bobinado final de los
filamentos tratados térmicamente fue 28,8 m/min.
Se midieron las propiedades mecánicas de los
filamentos estirados resultantes de
poli(metafenilenisoftalamida). Como resultado, los
filamentos tenían un espesor de 1,89 dtex (denier 1,7), una densidad
aparente de 1,33 g/cm^{3}, una resistencia a la tracción de 3,62
cN/dtex (4,1 g/de), un alargamiento en la rotura del 38% y un
módulo de Young de 86,5 cN/dtex (98 g/de). Estas propiedades
mecánicas se consideraron buenas.
Se sometió la misma solución de polímero del
Ejemplo 1 a una etapa de hilado en húmedo en la que la solución del
polímero se extrudió a través de una hilera que tenía 500 orificios
de hilado, cada uno de 0,09 mm de diámetro, y se introdujo en un
baño de coagulación a una temperatura de 80ºC para formar filamentos
no estirados. El baño de coagulación tenía una composición que
comprendía agua y NMP en una relación ponderal de 45/55 y, también,
el baño de estirado plastificante tenía una composición que
comprendía agua y NMP en una relación ponderal de 45/55.
En el baño de coagulación la longitud de
inmersión de los filamentos no estirados fue 50 cm y la velocidad
de avance de los filamentos no estirados fue 8 m/min. Los filamentos
no estirados se sometieron a las mismas etapas de estirado
plastificante, lavado con agua, secado y tratamiento térmico del
Ejemplo 1. Se obtuvieron filamentos de
poli(metafenilenisoftalamida). Los filamentos porosos no
estirados retirados del baño de coagulación tenían una densidad
aparente de 0,82. Se midieron las propiedades de los filamentos
estirados y tratados térmicamente. Como resultado, los filamentos
tratados térmicamente tenían un espesor de 2,11 dtex (1,9 de), una
densidad aparente de 1,32, una resistencia a la tracción de 3,71
cN/dtex (4,2 g/de), un alargamiento en la rotura del 21% y un
módulo de Young de 84,7 cN/dtex (96 g/de). Estas propiedades se
consideraron buenas.
De acuerdo con el proceso de la presente
invención, se pueden producir con alta productividad filamentos
densos de poliamida totalmente aromática del tipo meta
[particularmente filamentos de poli(metafenilenisoftalamida)]
que tienen buenas propiedades mecánicas y de resistencia al calor y
no contienen sustancialmente sales. Los filamentos de poliamida
totalmente aromática del tipo meta que no contienen sustancias
iónicas inorgánicas, es decir, que tienen una concentración baja de
sustancias iónicas inorgánicas, tienen excelente comportamiento
eléctrico además de excelentes propiedades de resistencia al calor,
retardación de la llama y aislamiento eléctrico, que son
características de los filamentos y, por lo tanto, son útiles como
material para dispositivos electrónicos.
También, de acuerdo con el proceso de la
presente invención, se pueden producir con alta productividad
filamentos de aramida del tipo meta que tienen excelentes
propiedades mecánicas y de resistencia al calor y retardación de la
llama sometiendo una solución de poliamida del tipo meta producida
por un método de polimerización en solución y de la que no se han
separado las sustancias iónicas inorgánicas a un procedimiento en el
que la solución del polímero se extrude e introduce directamente en
un baño de coagulación que comprende agua y un disolvente
consistente en una amida para hacer que la solución introducida del
polímero coagule formando filamentos porosos no estirados.
Claims (9)
1. Un proceso para producir filamentos de
poliamida totalmente aromática del tipo meta, que comprende las
etapas de preparar una solución del polímero disolviendo en un
disolvente consistente en una amida una poliamida totalmente
aromática del tipo meta que comprende, como unidades repetitivas
principales, unidades de metafenilendiaminoisoftalamida, someter la
solución del polímero a un procedimiento de hilado en húmedo para
formar filamentos no estirados, estirar los filamentos no estirados,
lavar con agua los filamentos estirados resultantes y tratar
térmicamente los filamentos lavados,
caracterizado porque:
(1) en la etapa de hilado en húmedo, la solución
del polímero se extrude formando corrientes filamentosas en un baño
de coagulación que comprende un disolvente que contiene una amida en
una concentración de 40 a 70% en peso y tiene una temperatura de 30
a 90ºC, agua y 0 a 10% en peso de sales, basado en el peso del
líquido de coagulación, a través de orificios de hilado de una
hilera, para coagular las corrientes filamentosas de la solución
del polímero en el baño de coagulación y formar filamentos porosos
coagulados no estirados que tienen una densidad aparente controlada
de 0,3 a 1,0 g/cm^{3}, y
(2) en la etapa de estirado, los filamentos
porosos coagulados no estirados se estiran en un baño plastificante
de estirado que comprende una solución acuosa de un disolvente
consistente en una amida a una concentración de 20 a 70% en peso y
tiene una temperatura de 20 a 90ºC.
2. El proceso para producir filamentos de
poliamida totalmente aromática del tipo meta de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que la poliamida totalmente aromática del
tipo meta contiene las unidades repetitivas de
metafenilendiaminoisoftalamida en una cantidad molar de 90 a 100%
molar, basado en la cantidad molar total de todas las unidades
repetitivas.
3. El proceso para producir filamentos de
poliamida totalmente aromática del tipo meta de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que el baño de coagulación usado en la etapa
de hilado en húmedo contiene el disolvente consistente en una amida
y agua en una relación ponderal dentro del intervalo de 40/60 a
70/30.
4. El proceso para producir filamentos de
poliamida totalmente aromática del tipo meta de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que, en la etapa de estirado, los filamentos
porosos coagulados no estirados se estiran a una relación de
estirado de 1,5 a 10.
5. El proceso para producir filamentos de
poliamida totalmente aromática del tipo meta de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que, en la etapa de tratamiento térmico, los
filamentos estirados y lavados con agua se estiran adicionalmente a
una temperatura en el intervalo de 270 a 400ºC y a una relación de
estirado en el intervalo de 0,7 a 3.
6. El proceso para producir filamentos de
poliamida totalmente aromática del tipo meta de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que el disolvente consistente en una amida
contenido en la solución del polímero y el disolvente consistente
en una amida contenido en el baño de coagulación comprenden,
respectiva e independientemente uno del otro, por lo menos un
miembro seleccionado del grupo formado por
N-metil-2-pirrolidona,
dimetilacetamida, dimetilformamida y dimetilimidazolidinona.
7. El proceso para producir filamentos de
poliamida totalmente aromática del tipo meta de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que los filamentos tratados térmicamente
tienen una densidad aparente de 1,2 g/cm^{3} o más.
8. El proceso para producir filamentos de
poliamida totalmente aromática del tipo meta de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que el contenido total de sustancias iónicas
inorgánicas contenidas en la solución del polímero para la etapa de
hilado en húmedo se controla a 0,1% en peso o menos.
9. El proceso para producir filamentos de
poliamida totalmente aromática del tipo meta de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que la solución del polímero para la etapa
de hilado en húmedo se prepara policondensando una diamina
aromática con un cloruro de ácido dicarboxílico aromático y
neutralizando con un compuesto básico de calcio el cloruro de
hidrógeno producido como subproducto y comprende la poliamida
totalmente aromática del tipo meta, cloruro cálcico y agua.
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