JP2005023500A - 熱可塑性合成繊維の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高温下で熱延伸および／または熱処理する際には単繊維間の融着が防止されているので優れた製糸性を有し、しかも、撚糸や製織工程では優れた加工性を発現する熱可塑性合成繊維が得られる方法を提供すること。
【解決手段】 熱可塑性合成重合体からなる繊維に、凝集度が２．０以下である、不活性な親水性無機微粉末の水性分散液を塗布し、次いで高温で熱延伸および／または熱処理した後に、繊維表面に付着している該無機微粉末を除去する。
【選択図】 なし

Description

本発明は、熱可塑性合成繊維の製造方法に関するものである。さらに詳しくは、熱融着性を有する熱可塑性合成重合体からなる繊維を、高温下で熱延伸および／または熱処理して、高強力でかつ加工性にも優れた熱可塑性合成繊維を製造する方法に関するものである。

近年、熱可塑性合成繊維に対する市場要求は高度化し、特に高強力、高弾性率化の物理的性質に対する要請が強くなってきている。このため、例えば全芳香族ポリアミド繊維や全芳香族ポリエステル繊維にあっては、高温下で熱延伸したり長時間熱処理して繊維物性を改善することが行われている。また、近年の製糸速度の高速化に伴って、熱延伸および／または熱処理の温度も高くなってきている。

ところが、このように高温で延伸および／または熱処理を行うと、糸条は著しく軟化し、単繊維間での融着現象が生じる。特に、糸条のフィラメント数が多くなると融着はますます増大し、製糸性が低下するばかりでなく、得られた繊維も著しく柔軟性の低いものとなってしまう。

このような問題を改善するため、特開昭５３−１４７８１１号公報には、高温で熱延伸または熱処理するに際し、予め非融着化物質として水溶性の無機酸、無機塩または無機塩の水溶液、ハロゲン化金属塩、硫酸金属塩、硝酸金属塩、オルト燐酸またはオルトリン酸ナトリウム塩、脂肪族高分子の水性エマルジョンを塗布する方法、特開昭５８−５４０２１号公報には、非融着化物質として水和ゲル形成性無機化合物を塗布する方法、特開昭５９−１６３４２５号公報には、非融着化物質として親水ゲル形成性無機化合物のコロイドと疎水コロイドとの混合物を付与する方法、特開昭５９−１７９８１８号公報には、親水ゲル形成性無機化合物のコロイドと界面活性剤を付与する方法が提案されている。しかしながら、これらの方法では、繊維に塗布された非融着化物質が熱延伸および／または熱処理後も多量に残存するので、得られた繊維を撚糸する際にスカムが発生しやすい、樹脂補強用繊維として使用する際にはマトリックス樹脂との接着性が低下しやすい等の、加工性の面で好ましくない影響が現れるという欠点がある。

かかる加工性の問題を改善するため、特開昭６２−１４９９３４号公報には、不活性な無機微粉末を用いると共に、延伸または熱処理後に水付与処理と空気流噴射処理とを施して、繊維に塗布された無機微粉末を除去する方法が提案されている。しかしながら、水付与処理と空気流噴射処理とを併用するのみでは、加工性を十分なレベルまで改善できる程度まで無機微粉末を除去することは困難である。もちろん、この方法を多数回繰り返すと該残存量を減少させることは可能であるが、生産性が低下してコストが増大するという問題がある。

このように、種々の後加工工程における加工性に優れ、しかも高性能な製品を提供することができる全芳香族ポリアミド繊維は未だ提案されていないのが実情である。
特開昭５３−１４７８１１号公報 特開昭５８−５４０２１号公報 特開昭５９−１６３４２５号公報 特開昭５９−１７９８１８号公報 特開昭６２−１４９９３４号公報

本発明は、上記従来技術を背景になされたもので、その目的は、高温下で熱延伸および／または熱処理する際には単繊維間の融着が防止されているので優れた製糸性を有し、しかも、撚糸や製織工程では優れた加工性を発現する熱可塑性合成繊維が得られる製造方法を提供することにある。

本発明者の研究によれば、上記課題は、「熱可塑性合成重合体からなる繊維に、凝集度が２．０以下である、不活性な親水性無機微粉末の水性分散液を塗布し、次いで高温で熱延伸および／または熱処理した後に、該繊維に付着している前記無機微粉末を除去することを特徴とする熱可塑性合成繊維の製造方法。」により達成できることが見いだされた。

本発明における熱可塑性合成重合体からなる繊維とは、熱延伸または熱処理が可能な熱可塑性合成繊維の未延伸糸、部分延伸糸または延伸糸をいう。本発明においては、このような熱可塑性合成繊維のなかで、単繊維間の融着が発生するような高温で熱延伸および／または熱処理される各種合成繊維を対象とするが、その代表的なものとしては、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維、コポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミド繊維、ポリパラフェニレンベンゾオキサゾール繊維、高強力ポリエチレン繊維、高強力ポリビニルアルコール繊維、全芳香族ポリエステル繊維等を例示することができる。なかでも、コポリパラフェニレン・３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミド繊維は、高強力繊維を得るためには未延伸糸を３００℃以上、好ましくは３５０〜５５０℃の高温に加熱して６倍以上に熱延伸する必要があり、単繊維が軟化し互いに融着して延伸性が悪化しやすいので、本発明が対象とする繊維としては特に好適である。

本発明においては、上記の熱可塑性重合体からなる未延伸繊維に、先ず不活性な親水性無機微粉末の水性分散液を塗布する必要がある。なお、ここでいう不活性なとは、熱延伸および／または熱処理時の高温においても化学的に安定でかつ合成繊維に対し酸化等の化学作用を及ぼさないことをいう。また、ここでいう親水性無機微粉末とは、該微粉末の水性分散液を調合する際に、分散剤または界面活性剤を必要としないものをいう。親水性を有しない無機微粉末の場合には、水性分散液を調合する際にヘキサメタリン酸ソーダ等の分散剤または界面活性剤が必要となり、これらの添加剤を回収する、あるいは廃液処理を行う設備が必要となるので好ましくない。また、有機系の分散剤を用いた場合には、延伸および／または熱処理時の高温において大気に飛散するので環境上好ましくない。

さらに、本発明における親水性無機微粉末は、その凝集度が２．０以下、好ましくは１．５以下である必要がある。該凝集度が２．０を超える場合には、高温での熱延伸および／または熱処理時に該無機微粉末が繊維表面でブロッキングしやすくなるため、熱延伸および／または熱処理時に十分な融着防止効果を発現しなくなるばかりか、熱延伸および／または熱処理後に繊維表面に付着した無機微粉末を、後述する方法で除去しようとしても除去が困難となるので好ましくない。

ここでいう凝集度（Ｇ）とは、無機微粉末を含む水性分散液を粒度分布計により測定した無機微粉末の平均粒径（ｄμｍ）と、該水性分散液を１１０℃で１時間乾燥させた後に再度水性分散液として測定した平均粒径（Ｄμｍ）との比率（Ｄ／ｄ）である。

本発明における上記無機微粉末は、その吸水量が２０〜３５０ｍｌ／１００ｇの範囲にあること、特に４０〜２５０ｍｌ／１００ｇの範囲にあることが好ましい。吸水量が２０ｍｌ／１００ｇ未満の場合には、水性分散液中での該無機微粉末の沈降速度が著しく速くなるため、均一な水性分散液を保持することが困難となる。一方、吸水量が３５０ｍｌ／１００ｇを超える場合には、該無機微粉末を繊維表面に均一に付着させるためには水性分散液濃度を低下させる必要が発生するため、設備が大型化する等の問題が発生する。さらには、無機微粉末が水性分散液中で膨潤するため、加熱時に繊維表面で無機化合物の層を形成しやすくなり、延伸および／または熱処理後に繊維表面から無機微粉末を除去することが困難となる。

ここでいう吸水量（Ｏ）は、以下の方法で求めた値である。すなわち、該無機微粉末を１０５℃で１時間乾燥させた後にデシケーター内で室温まで放冷して重量（Ｗｇ）を測定する。次いで、該微粉末にビュレットを用いて水を滴下し、吸水した無機微粉末が急激にやわらかくなる直前までに滴下した水の量（Ｖｍｌ）を測定する。吸水量は、下式より算出した。
Ｏ＝Ｖ／Ｗ×１００

本発明における親水性無機微粉末は、上記の要件に加えて、単繊維間に十分拡散させて単繊維表面に均一に付着させるためにはその粒子径はできるだけ小さいことが好ましく、平均粒径が５μｍ以下、特に３μｍ以下のものが好ましい。

さらに、上記無機微粉末は、その硬さがモース硬度で５以下、特に４以下であることが好ましい。無機微粉末の硬さがモース硬度で５を超える場合には、高温で熱延伸および／または熱処理を行う際の、設備表面の磨耗劣化が増大する傾向にある。

本発明で有効に使用できる無機微粉末は数多く存在するが、珪酸化合物が好適である。なかでも、無水珪酸アルミニウム、アルミノ珪酸ナトリウムから選ばれた１種または２種の混合物が好適である。

繊維にこれらの無機微粉末を塗布する方法としては、予め無機微粉末を水等の分散媒に分散させた分散浴を用意し、繊維を分散浴に浸漬させた後乾燥を行うのが好ましい。なお、無機微粉末の分散を均一に行うために有機または無機の分散助剤を分散浴中に添加したり、あるいは、糸条の集束性を向上させるために帯電防止剤や増粘剤を併用してもよい。

無機微粉末の繊維に対する付着量は０．３〜２．５重量％、好ましくは０．７〜１．５重量％の範囲が適当である。付着量が０．３重量％未満の場合には、高温での熱延伸および／または熱処理時に単繊維間の融着を十分に抑制することが困難となる。一方、付着量が２．５重量％を超える場合には、高温での熱延伸および／または熱処理後に繊維上に付着している無機化合物を除去する工程において、繊維上に残存する無機微粉末を除去する際の除去効率が低下し、また、除去設備の大型化が必要となる。

次に、無機微粉末を付与した後に熱延伸および／または熱処理して得られた繊維の表面には、繊維上に付与した無機微粉末の大半が残存しており、その残存量が多い程後加工での加工性が低下するので、繊維に付着している無機微粉末を除去する必要がある。除去する方法としては特に限定する必要がない。例えば特開昭６３−１４９９３４号公報によりすでに公知である、水付与処理と空気流噴射処理とを組合わせる方法により、極めて容易に除去することができる。

以下、実施例をあげて本発明をさらに具体的に説明する。なお、実施例中における各物性値は下記の方法で測定した。

（１）吸水量（ｍｌ／１００ｇ）
無機微粉末試料を１０５℃で１時間乾燥させた後にデシケーター内で室温まで放冷して重量（Ｗｇ）を測定する。次いで、該微粉末にビュレットを用いて水を４〜５滴ずつ滴下し、金属ヘラでよく練り合わせる。無機微粉末と水の混合物がらせん状に巻くかまたは急激にやわらかくなる直前までの滴下水量（Ｖｍｌ）を測定する。吸水量（Ｏ）は、下式より算出した。
Ｏ＝Ｖ／Ｗ×１００

（２）凝集度（Ｇ）
無機微粉末試料の１０重量％水性分散液を作成し、粒度分布計で平均粒径度（ｄμｍ）を測る。次に該水性分散液を１１０℃で１時間乾燥させ、溶媒を蒸発させて乾固させた後の無機化合物を再度１０重量％の水性分散液として平均粒粒径（Ｄμｍ）を測定する。凝集度（Ｇ）は、下式より算出した。
凝集度＝Ｄ／ｄ

（３）繊度、切断強度、切断伸度、弾性率
ＪＩＳ−Ｌ１０１３に準拠して測定した。

（４）融着度
試料繊維のフィラメント総数（Ｎ）のうち、融着がなく、１本ずつに分離可能なフィラメント数（ｎ）を数え、次式で融着度を求める。この測定を５回行い、平均値をとる。
融着度（％）＝｛（Ｎ−ｎ）／２Ｎ｝×１００

（５）非融着性微粉末の付着量（ＤＰＵ）
予め仕上げオイルを付与しない繊維試料を約３ｇサンプリングする。次いで１２０℃で１時間乾燥した後に重量Ａ（ｇ）を精秤する。次いで、この試料を８００℃の焼却炉中で完全に灰化させ、灰化後の灰分重量Ｂ（ｇ）を測定し、次式で計算する。
ＤＰＵ（％）＝｛Ｂ／（Ａ−Ｂ）｝×１００

（６）製品品位
ワインダーにて５ｋｇ巻のチーズ状に巻き取られた製品の表面および側面を目視で観察し、毛羽とループの合計の数から判断した。５個以下の場合を良、５個を超えると不可と判断した。

［実施例１〜３、比較例１］
水分率が１００ｐｐｍ以下のＮ−メチル−２−ピロリドン（以下ＮＭＰという）１１２．９部、パラフェニレンジアミン１．５０６部、３，４’−ジアミノジフェニルエーテル２．７８９部を常温下で反応容器に入れ、窒素中で溶解した後、攪拌しながらテレフタル酸クロリド５．６５８部を添加した。最終的に８５℃で６０分間反応せしめ、透明の粘稠なポリマー溶液を得た。次いで２２．５重量％の水酸化カルシウムを含有するＮＭＰスラリー９．１７４部を添加し、中和反応を行った。得られたポリマーの対数粘度は３．３３であった。

得られたポリマー溶液を用い、孔径０．３ｍｍ、孔数１０００の紡糸口金からＮＭＰ３０重量％の凝固浴（水溶液）に押し出し湿式紡糸した。紡糸口金面と凝固浴との距離は１０ｍｍとした。紡糸口金から紡出された繊維を水洗し、絞りローラに通して表面付着水を除去し、表１に示すような組成からなる濃度２．０重量％の無機微粉末（無水珪酸アルミニウムの平均粒径１．１μｍ、アルミノ珪酸ナトリウムの平均粒径２．１μｍ）の水系分散浴に約１秒間浸漬し、次いで絞りローラに通し、無機微粉末液の付着した糸を得た。引き続いて該糸を表面温度が２００℃の乾燥ローラを用いて完全に乾燥させた後、５３０℃で１０倍に熱延伸した。

得られた延伸糸に、まずシャワー水量１０Ｌ／分で水を吹き付けて、延伸糸を十分に湿潤させた。次いで、内径が２．０ｍｍ、長さ１０ｍｍのエアーノズルを通して１００Ｌ／分の空気流を噴射した。これらの操作を２回繰り返した後、仕上げ油剤を付着量が２．０重量％となるように付与し、５００ｍ／分の速度で巻き取った。得られた繊維のフィラメント数は１０００本、繊度は１６７０ｄｔｅｘであった。評価結果を表２に示す。

本発明の方法によれば、先ず繊維表面に不活性で且つ凝集度が２．０以下の親水性無機微粉末の水性分散液を塗布して、単繊維表面をこの無機微粉末で被覆した後に高温で熱延伸および／または熱処理しているので、該工程での単繊維間融着発生を抑制することができるだけでなく、該延伸および／または熱処理後では従来公知の方法により該無機微粉末を容易に除去することができる。しかも、得られた繊維には単繊維間融着が殆ど無く、しかも撚糸や製織等の後加工での工程安定性がよく、スカム発生等の問題もない。さらには、ゴム、樹脂等の各種マトリックスの補強材として使用しても、該マトリックスとの接着性にも優れているので、優れた補強効果を発現するといった特徴をも有すし、高品質の繊維として巾広く使用することができる。

Claims (6)

1. 熱可塑性合成重合体からなる繊維に、凝集度が２．０以下である、不活性な親水性無機微粉末の水性分散液を塗布し、次いで高温で熱延伸および／または熱処理した後に、該繊維に付着している前記無機微粉末を除去することを特徴とする熱可塑性合成繊維の製造方法。
2. 無機微粉末の吸水量が２０〜３５０ｍｌ／１００ｇである請求項１記載の熱可塑性合成繊維の製造方法。
3. 無機微粉末の平均粒径が５μｍ以下である請求項１または２記載の熱可塑性合成繊維の製造方法。
4. 無機微粉末のモース硬度が５以下である請求項１〜３のいずれかに記載の熱可塑性合成繊維の製造方法。
5. 無機微粉末の少なくとも一部が、珪酸化合物の微粉末である請求項１〜４のいずれかに記載の熱可塑性合成繊維の製造方法。
6. 珪酸化合物が、無水珪酸アルミニウムまたはアルミノ珪酸ナトリウムの微粉末である請求項１〜５のいずれかに記載の熱可塑性合成繊維の製造方法。